CC BY
224
УДК 624.15:624.159.4 DOI: 10.22227/1997-0935.2018.4.499-513
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УСИЛЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ СЛАБЫХ ОСНОВАНИЙ
Н.В. Романов, Ж. Расинэ1
«Фрейссине», 127055, Москва, ул. Щипок, стр. 1, д. 11; '«Menard SAS», 92120, 2-rue Gutenberg - BP 28, Nozay, France
Предмет исследования: использование технологий механической и гидравлической консолидации грунтов и вертикального армирования грунтов для разных типов слабых оснований.
Цели: демонстрация современных возможностей и подходов к проектированию и устройству искусственных оснований.
Материалы и методы: рассмотрены такие методы инженерной подготовки оснований, как механическая консолидация (тяжелая трамбовка), гидравлическая консолидация (вертикальный дренаж, вакуумирование грунтов), вертикальное армирование грунтов (колонны заданной прочности).
Результаты: наглядное представление применимости описанных технологий для различных типов слабых оснований.
Выводы: рассмотренные технологии инженерной подготовки оснований являются эффективной альтернативой как свайным фундаментам, так и замене грунтов. На сегодняшний день промышленное внедрение технологий инженерной подготовки оснований доказало свою применимость, эффективность и конкурентоспособность.
КЛЮчЕВыЕ СЛОВА: Menard, Менар, тяжелая трамбовка, уплотнение грунтов, CMC, колонны заданной прочности, раскатка скважин, вертикальное армирование, вертикальный дренаж, вакуумирование грунтов, консолидация грунтов
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Романов Н.В., Расинэ Ж. Обзор современных методов усиления и стабилизации слабых оснований // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. Вып. 4 (115). С. 499-513.
S
*
REVIEW OF MODERN TECHNOLOGIES OF REINFORCEMENT AND STABILIZATION OF SOFT SOILS
N.V. Romanov, J. Racinais1
LLC "Freyssinet" — representative in Russia, bldg. 1, 11 Shchipok st., Moscow, 127055, Russian Federation; 1 "Menard SAS", 92120, 2 Gutenberg st., BP 28, Nozay, France
Subject: description of the current situation in technologies of soil improvement, namely mechanical and hydraulic consolidation of soils and vertical reinforcement of soils for different types of soft soils.
Research objectives: demonstration of modern possibilities and approaches to the design and construction of improved soils. R
Materials and methods: in this paper, we consider such technologies of ground improvement as dynamic compaction, C hydraulic consolidation (vertical drain consolidation, Menard vacuum consolidation), vertical reinforcement of soils (CMC — T controlled modulus columns).
Results: the result of the study is an intuitive representation of the applicability of described technologies for various types of soft soils.
Conclusions: the technologies of ground improvement considered in this article are an effective alternative to both pile r foundations and soil replacement. To this day, industrial implementation of soil improvement technologies has proved its C applicability, efficiency and competitiveness. y
KEY WORDS: Menard, dynamic compaction, soil compaction, CMC, controlled modulus columns, soil displacement, rigid ° inclusions, vertical reinforcement, vertical drains, Menard vacuum consolidation, soil consolidation.
1
FOR CITATION: Romanov N.V., Racinais J. Obzor osnovnykh metodov usileniya i stabilizatsii slabykh osnovaniy [Review (*) of modern technologies of reinforcement and stabilization of soft soils]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State ^ University of Civil Engineering]. 2018, vol. 13, issue 4 (115), pp. 499-513. T
3
y 1
© Н.В. Романов, Ж. Расинэ 499
ВВЕДЕНИЕ
С учетом дефицита участков с хорошими грунтами многие строительные объекты приходится реализовывать на слабых грунтах: это могут быть объекты транспортной инфраструктуры, промышленные или коммерческие объекты, проектируемые и строящиеся в прибрежных зонах на естественных или образованных территориях, на техногенных, слабых глинистых или просадочных основаниях. Еще одной проблемой является строительство в сейсмоактивных районах, что накладывает определенные ограничения при проектировании фундаментов и строительстве сооружений.
В таких случаях требуется проведение специализированных инженерных мероприятий, будь то замена грунта, устройство свайных фундаментов или выполнение искусственного основания.
Мировая практика показала, что проведение мероприятий по улучшению строительных свойств оснований является надежным с точки зрения безопасности и экономным для нулевого цикла комплексом решений. В этом контексте технологии укрепления и стабилизации грунтов продолжают развиваться в мировой практике строительства. Данная статья призвана обратить внимание российского инженерного сообщества на мировой и российский передовой опыт усиления и стабилизации слабых оснований.
Технологии инженерной подготовки оснований на стадии нулевого цикла нашли широкое применение в мировой практике фундаментостроения с 60-х гг. XX в., когда французский инженер Луи Менар стал пионером геотехнических решений «под ключ». Он был в состоянии предложить реализацию проектов с гарантированными темпами производства работ и предсказуемыми результатами преобразования строительных свойств грунтов.
На сегодняшний день технологии инженерной т- подготовки оснований уже давно приняли промышленные масштабы и способны решить большинство ^ инженерных задач нулевого цикла. В данной статье ^ мы осветим лишь некоторые наиболее часто при-^ меняемые технологии инженерной подготовки ос— нований. л
10
ро обзор литературы
¡1 Несмотря на то, что теоретическое обоснова-I™ ние и опытное применение многих современных ^ методов инженерной подготовки оснований было обосновано в отечественной науке в период станов-2 ления данной отрасли [1, 2], наиболее полное при-£ менение методы инженерной подготовки оснований Ц нашли в Европе [3-5]. На сегодняшний день невозможно описать все разработанные технологии в од-Ф ной публикации, поскольку тема каждой отдельно ®® взятой технологии собирает периодичные между-
народные конференции, выпускаются сотни трудов ежегодно. При этом для каждого метода разработана теоретическая база и механика процесса.
МАТЕРИАлЫ И МЕТОДЫ
На сегодняшний день разработано и внедрено большое количество технологий усиления и стабилизации слабых грунтов основания применительно к широкому спектру строительных задач. Данные технологии делятся на группы: механическое уплотнение грунтов, гидравлическая консолидация грунтов, вертикальное армирование грунтов, грун-топеремешивание и заполнение пор. Рис. 1 иллюстрирует классификацию технологий, применяемых в мировой практике. При этом в данной статье мы не затрагиваем узкоспециализированные разделы химического и термического закрепления грунтов.
Поскольку различные технологии имеют свои сферы применения и ограничения, в данной статье рассмотрены лишь основные представители своего класса мероприятий: технологии вертикального дренажа (гидравлическая консолидация), тяжелой трамбовки (механическое уплотнение) и колонн заданной прочности, вертикального армирования основания.
результаты исследования
Вертикальный дренаж. Возведение сооружений на слабых водонасыщенных глинистых грунтах сопровождается как первичной осадкой (фильтрационной консолидацией), так и вторичной осадкой (ползучестью скелета грунта) на протяжении срока эксплуатации сооружения. При расчетных осадках больше предельно допустимых или низких показателях физико-механических свойств слабых во-донасыщенных глинистых грунтов целесообразно применять вертикальный дренаж. Применение вертикальных дрен совместно с пригрузочной насыпью многократно ускоряет процесс консолидации и уменьшает осадку основания под сооружением до допустимых значений (рис. 2) [6]. Вертикальные дрены состоят из сердечника специального пластика плоской формы и геотекстильной оболочки, служащей для защиты дрены от кольматации. Последовательность работ такая:
1. Вертикальная дрена погружается в грунт вдавливанием направляющей трубы (иглы).
2. Обратным ходом извлекается направляющая труба (игла). При этом дрена остается в грунте и обрезается выше рабочей поверхности грунта.
3. Для начала процесса консолидации поверх вертикальных дрен устраивается временная пригру-зочная насыпь, которая запускает процесс отжатия поровой воды и стравливания избыточного порово-го давления из водонасыщенного глинистого грунта (рис. 3, 4).
1(1 С внедрен кем ■ материалов в грунт]
Технологии инженерной подготовки оснований
□ Беэ внедрения | материалов в грунт |
Грунтосмешение
Заполнение пор
1-Г
Вертикальное армирование
Глубинное гру нто леремещ ива ние
Струйная цементация
Цементация трещин
Уплотняющая цементация
Колонны заданной прочности
Грунтовые колонны методом тяжелой трамбовки
Щебеночные колонны
Уплотнение
Консолидация
Виброфпогэция
Д и намич ескэя сэ мокод н а я трамбовка
Тяжелая трамбовка
Вакуумирование грунтов
Вертикальный дренаж
Рис. 1. Классификация технологий инженерной подготовки слабых оснований
Рис. 2. Технологическая схема вертикального дренирования
00
Ф О т X
5
*
О У
Т
0
1
(л)
В
г
3
у
о *
4
(Л
ю
л
со
«
2 О
I*
О
X 5 X Н
О ф
. Типовые графики затухания деформаций основания при применении вертикального дренажа и в его отсутствие
Граничные условия решения следующие: глубина погружения вертикальных дрен до 55 м, грунты глинистые. Требуется пригрузочная насыпь достаточной высоты и программа пошагового устройства пригрузочной насыпи (в некоторых случаях).
Выполняются следующие задачи:
• ускорение и срабатывание фильтрационной консолидации (первичная фильтрационная осадка) до начала эксплуатации сооружений;
• обеспечение устойчивости основания;
• ограничение вторичной консолидации (ползучести скелета) до допустимых значений.
Примером проекта по консолидации основания может служить проект строительства нового международного аэропорта г. Мехико, Мексика, где устройство летного поля (рис. 5) с вертикальной планировкой +2,1 м, по расчетам, приводит к незатухающим деформациям основания на протяжении срока эксплуатации комплекса (рис. 6).
Применение вертикального дренажа с пригруз-кой позволило (табл.):
• выполнить консолидацию основания за проектный срок (месяцы вместо десятков лет);
• сработать и выбрать фильтрационную консолидацию до ввода сооружения в эксплуатацию.
Рис. 5. Обзор объекта
Рис. 6. Типовой разрез с мощностью слабых глинистых грунтов 30 м Развитие осадки во времени
Срок Осадка, м
без инженерных мероприятий с применением вертикального дренажа
6 месяцев 0,30...0,40 1,10.1,20
12 месяцев 0,40...0,60 1,20.1,70
50 лет 1,30.1,80 1,70
00
Ф О т X
S
*
о
У
Т
0 2
1
(л)
В
г
3 У
о *
4
сл
Вакуумирование грунтов компании Menard (Menard Vacuum™). Вакуумирование грунтов компании Menard (Menard Vacuum™) основано на воздействии на толщу консолидируемого грунта давления обратного знака от насосных станций. Технология Menard Vacuum™ разработана в конце 80-х гг. и часто применяется на уникальных и ответственных объектах.
Вакуумное уплотнение по воздействию схоже с вертикальным дренажом, при этом оно позволяет значительно уменьшить или исключить потребность в пригрузочной насыпи и обеспечить соблюдение
хорошей управляемости процесса консолидации, а соответственно, более точную прогнозируемость величин осадок [7].
Основными преимуществами технологии вакуумного уплотнения являются:
• сокращение срока консолидации основания по сравнению с классическим вертикальным дренажом;
• существенное снижение потребности в инертном материале пригрузочной насыпи;
• устранение риска потери устойчивости основания в процессе предпостроечной консолидации,
в том числе возможность устройства бермы из консолидированного грунта по периметру площадки для дальнейших работ нулевого цикла.
Технология вакуумирования грунтов состоит из следующих этапов:
• устройство вертикальных дрен;
• устройство горизонтальных дрен;
• устройство непроницаемой геомембраны поверх участка вакуумирования;
• подключение системы к насосной станции, которая создает отрицательное давление в массиве грунта под герметичной мембраной.
Создаваемое давление эквивалентно нагрузке 70.. .80 кПа, в зависимости от герметичности системы, что соответствует давлению от насыпи высотой 3.4 м (рис. 7).
В процессе вакуумирования основания проводится комплекс работ по мониторингу консолидации основания. Данный комплекс включает вакуумметры, тензометры, инклинометры, поверхностные и глубинные осадочные марки и др. [8].
Выполняемые задачи:
• ускорение и срабатывание фильтрационной консолидации (первичная фильтрационная осадка) до начала эксплуатации сооружений;
• обеспечение устойчивости основания;
• ограничение вторичной консолидации (ползучести скелета) до допустимых значений.
Примером реализованного объекта вакуумирования грунтов может служить проект образования участка для контейнерного терминала порта во Вьетнаме (рис. 8).
•Л Рис. 7. Технологическая схема вакуумирования грунтов основания
Рис. 8. Расположение площадки работ контейнерного терминала
Грунты основания образованной территории были сложены толщей текучих глин со средней мощностью 30 м, коэффициентом пористости е 1,7-2 и значением коэффициента консолидации Си около 1,02.
В процессе выполнения работ по инженерной подготовке основания требовалось обеспечить несущую способность основания и проектное ограничение осадок от постоянной нагрузки от насыпи 189 КПа и временной нагрузки до 30 КПа.
По результатам выполнения работ осадка ваку-умированного основания в процессе эксплуатации
сооружения соответствовала техническому заданию (>15 см/25 лет).
На рис. 9 показаны фактические и проектный графики давления вакуумирования во времени в процессе производства работ.
В результате вакуумирования основания первичная консолидация составила около 5,5 м (рис. 10), что соответствовало проектным расчетам.
Тяжелая трамбовка. При расчетных деформациях основания, сложенного насыпными, рыхлыми песчаными, техногенными и просадочными грунтами, больше предельных или недостаточной не-
\ А
. . . .. ! у
Ни 1С с£
Проекта« значение ЛайЛеГИЯ вакуумнкшання И / я Зч к
X У
и«' 5 <5
—
«К
Рис. 9. Мониторинг давления вакуумирования во времени в процессе консолидации
Рис. 10. Мониторинг устройства пригрузочной насыпи и осадки основания в процессе консолидации
00
Ф О т X
5
*
О У
Т
0
1
(л)
В
г
3
у
о *
4
сл
сущей способности основания одним из основных решений может служить тяжелая трамбовка грунта основания1.
Сама по себе тяжелая трамбовка является одним из старейших методов усиления грунтов, применяемых еще в древности. Со временем совершенствовалось как оборудование для уплотнения грунтов, так и методы проектирования, что дало возможность применять уплотнение грунтов тяжелой трамбовкой на невероятные еще 40-50 лет назад глубины до 12 м.
Суть этого метода заключается в улучшении механических свойств грунтов путем передачи ударных воздействий высокой энергии на рыхлые грунты, которые изначально имеют низкую несущую способность и высокие осадки (рис. 11). Воздействие создает волны различных характеристик в уплотняемой толще. В необводненных грунтах ударные волны перемещают частички грунта и переупаковывают их в более плотное сложение (по аналогии с тестом Проктора). В полностью обводненных грунтах также происходит процесс уплотнения, но с отсрочкой на квазимоментальное локальное разжижение. В обоих случаях уплотнение тяжелой трамбовкой позволяет уменьшить пористость грунта и увеличить площадь контакта частиц грунта, что непосредственно приводит к улучшению физических и деформационных характеристик уплотняемых грунтов.
1 СП 22.13330-2011. Основания зданий и сооружений (актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*).
Первым вопросом, возникающим у инженеров при оценке метода тяжелой трамбовки, является проблема эффективной глубины уплотнения. Поскольку тяжелая трамбовка является методом поверхностного уплотнения грунтов, очевидно, что у нее имеются определенные ограничения. Основным ограничением является эффективная глубина уплотнения, которая зависит от энергии удара в след. Единичная энергия удара вычисляется путем умножения веса трамбовки Ж на высоту падения Н.
Не существует точной теоретической формулы, позволяющей непосредственно вычислить эффективную глубину уплотнения. Только опыт, накопленный на протяжении десятилетий работы с тяжелой трамбовкой на различных объектах, позволил установить эмпирические корреляции.
На сегодняшний день для оценки глубины уплотнения основания в результате тяжелой трамбовки применяется следующая эмпирическая формула [9]:
D = са^(ШН)
где с = 0,7.0,9 — коэффициент, учитывающий используемое оборудование; а = 0,5 для разнородных грунтов; а = 0,7 для песчаных грунтов.
Процесс тяжелой трамбовки предполагает многократный сброс груза в след по запроектированной сетке. Характеристики уплотнения основания зависят от таких параметров, как шаг трамбовки, количество проходов, вес и конфигурация груза, высоты сброса и т.д. (рис. 12).
Ш
о >
с
во
<0
2 о
н *
О
X 5 X Н
О ф
Рис. 11. Эффекты продольных и поперечных волн от удара тяжелой трамбовки
Рис. 12. Тяжелая трамбовка
Выполняемые задачи:
• уплотнение основания;
• уменьшение осадок основания;
• увеличение несущей способности основания;
• устранение разжижаемости основания;
• возможность проектировать и возводить фундаменты мелкого заложения вместо свайных фундаментов.
Примером реализованного объекта уплотнения основания тяжелой трамбовкой может служить проект контейнерного терминала порта Усть-Луга.
Проект состоял в уплотнении от 4 до 7 м образованных территорий на площади 161 000 м2 (рис. 13).
При этом на всю глубину уплотнения необходимо было обеспечить модуль общей деформации Е^ > 25 МПа, что соответствует лобовому сопротивлению при статическом зондировании qc = 9 МПа. На рис. 14 представлено исходное состояние основания (дсср = 2 МПа).
Приемо-сдаточные испытания после уплотнения тяжелой трамбовкой (рис. 15) показали, что
Рис. 13. Исходный вид площадки контейнерного терминала порта Усть-Луга
образованный объем грунта был доведен тяжелой трамбовкой до требуемого модуля общей деформации E^ > 25 МПа, а по факту превысил проектное значение (рис. 16).
колонны заданной прочности. Армирование оснований — это мероприятия и технологии, предназначенные для усиления и упрочнения грунтовых массивов с помощью включения в их состав специальных элементов, находящихся в тесном взаимодействии с грунтом, но не связанных с фундаментом конструктивно.
Армирующие элементы улучшают деформационные свойства основания, взаимодействуя с грунтом по боковой поверхности и в уровне острия. Передача нагрузок от сооружения на основание осуществляется через промежуточную грунтовую подушку, выполненную из малосжимаемого материала, отсыпаемого и уплотняемого послойно [10].
Долгое время объекты, строящиеся на слабых грунтах, возводились на свайных фундаментах, что приводило к дополнительным затратам на нулевом С цикле строительства. В начале 1990-х гг. во Фран- н ции впервые в мире произошло промышленное вне- s дрение инновационной концепции под названием «колонны заданной прочности» (Controlled Modulus Г Column — CMCs), технологии вертикального ар- р мирования слабого грунта основания методом раскатки скважины и формирования неармированных О бетонных колонн малого диаметра. Технология армирования основания колоннами заданной проч- 1 ности состоит в устройстве сетки жестких (полу- Я жестких) вертикальных армирующих элементов, ы прорезающих слабые грунты и опирающиеся на 3 слои с достаточной несущей способностью. Еще С одной особенностью данного решения было отсут- Я ствие структурной связи колонн заданной прочно- Я сти с фундаментами, передача нагрузки от здания 1 посредством песчаной (перераспределяющей) по- 5 душки. Такое решение позволило использовать
Рис. 14. График статического зондирования до уплотнения тяжелой трамбовкой
ООО НТП "Фугро Геостатика" Рис. 16. График статического зондирования после уплотнения тяжелой трамбовкой
совместную работу вертикальных армирующих элементов и вмещающего слабого грунта при на-гружении от здания [11]. Схема совместной работы вертикальных армирующих элементов и вмещающего грунта показана на рис. 17.
Таким образом, использование технологии колонн заданной прочности приносит аналогичный
Рис. 17. Схема работы нагруженного вертикально-армированного основания
технологии свайных фундаментов результат, при этом экономя сроки и денежные расходы на стадии нулевого цикла и позволяя запроектировать фундаменты мелкого заложения.
Следует отметить, что полужесткие армоэле-менты использовались не единожды на протяжении всей истории строительной науки, но это использование было не системным, без четкого понимания механизмов его работы и качественного теоретиче- С ского обоснования вертикально-армированного ис- н кусственного основания. £
Применение технологии вертикального армирования основания колоннами заданной прочности Г целесообразно, когда грунт основания не обеспе- р чивает целостность конструкций зданий, иными словами, когда не обеспечивается первое или вто- О рое предельное состояние. Армирование основания колоннами заданной прочности уменьшает осадки 1 основания зданий и сооружений в диапазоне от двух Я до 10 раз, увеличивает несущую способность грун- ы та основания и обеспечивает его устойчивость. 3 Механизмы поведения колонн заданной проч- С ности (вертикально армированного грунта) подчи- Я няются последовательности сложных взаимодей- Я ствий: между фундаментом и перераспределяющей 1 песчаной подушкой, между перераспределяющей 5 песчаной подушкой и вертикально армированным
основанием, между вмещающим слабым грунтом основания и жесткими бетонными колоннами, а также между пятой бетонной колонны и несущим слоем (рис. 18) [11].
Несущая способность вертикально армированного основания, созданного методом колонн заданной прочности, подчиняется поведению системы «бетонная колонна + вмещающий грунт» и должна обеспечить выполнение следующего неравенства [12]:
^ ^ ^оп - пасмс) / Г8оп + «бсмс/гсмс,
где qref — среднее напряжение на основание от сооружения; £ — площадь по подошве фундамента; п — количество колонн заданной прочности под сооружением; qsoil — максимально допустимое напряжение в естественном слабом основании; 0„.,„ —
' ^смс
максимально допустимое усилие на одну колонну заданной прочности; Асмс — сечение колонны заданной прочности; у8оЦ и усмс — коэффициенты безопасности по грунту и материалу колонны заданной прочности.
При этом необходимо отметить, что в отличие от свайных фундаментов, для колонн заданной прочности нет необходимости проверки отдельно несущей способности армирующих элементов и грунта, поскольку вертикально армированное основание работает как единая система.
Для выполнения колонн заданной прочности чаще всего используется специализированный инструмент — шнек-раскатчик, на базе буровой установки с достаточным крутящим моментом и вдавливающим усилием для смещения грунта в стенки скважины (без выхода шлама на поверхность). Это позволяет уходить от утилизации шлама и работать
в непосредственной близости к зданиям и сооружениям, как показано на рис. 19.
Шнек забуривается до проектной отметки, после чего через него начинает подаваться бетон. Бетонная колонна формируется в грунте в процессе подъема шнека.
Использование колонн заданной прочности нашло широкое применение в строительстве. Основное направление использования вертикально армированного основания приходится на объекты с распределенной нагрузкой на основание (фундаментные плиты, полы по грунту), однако колонны заданной прочности все больше используются и для других типов фундаментов и сооружений [13], которые перечислены ниже.
1. Промышленные здания и склады. Вертикально армированные основания по технологии колонн заданной прочности хорошо адаптированы для складов, оптово-распределительных центров и промышленных сооружений на слабых грунтах. Колонны заданной прочности уменьшают материалоемкость фундаментов по сравнению со свайными фундаментами (бетон, арматура).
Это утверждение можно продемонстрировать на примере складского комплекса в Подмосковье, заложенного на мягко-текучепластичных суглинках с прослоями торфов мощностью до 14 м. При этом требовалось обеспечить максимально допустимые деформации основания: £абс < 50 мм; Д£ < 25 мм, при нагрузках под полами по грунту 5 т/м и под столбчатыми фундаментами до 260 т.
В рамках нулевого цикла был проведен комплекс работ по вертикальному армированию основания колоннами заданной прочности, что га-
Ю
о >
с
во
<0
2 о
н *
О
X 5 X Н
О ф
Рис. 18. Разница между свайным фундаментом и вертикально-армированным основанием
Рис. 19. Принципиальная схема производства работ и пример шнека-раскатчика
рантировало обеспечение требуемых проектных характеристик деформируемости основания. Конструктивный разрез фундаментов на вертикально армированном основании показан на рис. 20.
2. Резервуары. Резервуары представляют собой сооружения, передающие на основание высокие равномерно распределенные нагрузки, что также служит показанием к использованию вертикально армированных оснований.
На нефтехимическом комплексе Нги Сон (Вьетнам, 2014) было возведено 32 нефтяных резервуара диаметром до 70 м с нагрузкой на основание, превышающей 200 кПа. Основание, сложенное чередованием глинистых грунтов консистенции от те-кучепластичной до тугопластичной и песков, было
усилено на глубину до 20 м. Это решение позволило гарантировать крайне строгие критерии разности осадок (от оси к краю резервуара менее Л/300, по окружности менее 13 мм на 10 м) [12].
3. Насыпи. В ситуации, когда высокие насыпи необходимо возвести на слабых грунтах, требуется обеспечение устойчивости основания и ограничения осадки в эксплуатационный период. Колонны заданной прочности как вертикальные армоэлемен-ты дают возможность устройства безосадочной насыпи в период эксплуатации сооружения.
Примером может служить проект подхода к мосту Форт, Шотландия (2015), где насыпь высотой до 6 м требовалось возвести на крайне слабых грунтах мощностью до 17 м. Основание насыпи было усиле-
Полйр грунту
Рабочая илшфорцц
/
/V
фунламёнЯ
/
Слабой
ч 1УУР1
V
V
I
77
КШЮНН1-]
шэашюА
прочности
(СМС>
Рис. 20. Принципиальный конструктивный разрез усиленного основания под полом по грунту и столбчатыми фундаментами
00
Ф О т X
5
*
О У
Т
0
1
(л)
В
г 3
у
о *
4
(Л
но колоннами заданной прочности, что обеспечило требования по деформативности и устойчивости основания на срок эксплуатации дороги [12].
Таким образом, можно сказать, что технология колонн заданной прочности как наиболее удачный пример вертикального армирования основания имеет широкий потенциал применения. При должном проектном подходе и правильном выполнении вертикального армирования компетентным геотехническим подрядчиком колонны заданной прочности применимы практически для всех типов зданий и сооружений.
ВЫВОДЫ
Развитие мировой практики строительства на слабых грунтах позволило наряду с такими решениями, как свайные фундаменты и замена грунтов, широко использовать комплекс решений по усилению и стабилизации оснований. В свою очередь технологии усиления и стабилизации основания делятся на большое количество видов, отличающихся как по механике процесса (механическая консолидация, гидравлическая консолидация, вертикальное армирование, термическое, химическое закрепление и т.д.), так и по проектным подходам. В данной статье приведен обзор некоторых из наиболее эффек-
тивных технологий. На протяжении десятилетий, накопленный опыт подобных решений позволяет с уверенностью говорить о том, что искусственные основания являются полноценной и равноценной альтернативой фундаментам глубокого заложения и мероприятиям по замене грунтов, при этом зачастую выигрывая в сроках и стоимости. На данный момент усиление и стабилизация грунтов позволяют довести до требуемых физико-механических характеристик практически любые грунты: водонасыщен-ные глинистые, песчаные, техногенные, просадоч-ные, набухающие грунты и грунты, подверженные тиксотропии. При этом глубина усиления основания в некоторых случаях достигает 50 м (усиление основания колоннами заданной прочности под нефтяные резервуары, Луизиана, США, 2016). При этом вышеперечисленные технологии выполняются в рамках как отечественных нормативных документов2, так и в рамках международных нормативов3.
2 СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений.
СП 45.13330.2012. Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87.
3 AFPS-CFMS (2012). Procédés d'amélioration et de renforcement des sols sous actions sismiques.
EN 1997-1, 2004, Eurocode 7: Geotechnical design Part 1: General rules.
литература
1. Абеле в Ю.М. Применение эффективных методов уплотнения слабых и насыпных грунтов в целях использования их в качестве оснований жилых зданий. М. : Изд. ЦБТИ Минстроя СССР, 1957. 24 с.
2. АбелевМ.Ю., Цытович Н.А. Вопросы применения теории фильтрационной консолидации для сильно сжимаемых водонасыщенных глинистых
т- грунтов // Основания и фундаменты. 1964. № 3. w С. 11-14.
^t 3. Menard L. Tendances nouvelles en mecanique g des sols // Bulletin de l'A.I.A.. 1963.No. 1. Pp. 1-12. ^ 4. Menard L. A low cost method of consolidating Л fills dumped into the sea // Sols Soils. 1971. No. 24. 10 Pp. 14-8.
PO 5. Menard L. La consolidation dynamique des remblais recents et sols compressibles // Travaux. 1972. § No. 452 (November). Pp. 56-60. H 6. Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений. М. : if Стройиздат, 1973. C. 136-152. S 7. Cognon J.M. Vacuum consolidation // Revue £ Française de Géotechnique. 1991. No. 57. Pp. 37-47. j 8. Masse F., Spaulding C.C., Ihm C.W., Varak-
jj sin S. Vacuum consolidation: a review of 12 years of
Ф successful development // Proceedings of the Geo-Od-10
yssey Conference, ASCE, Blacksburg VA, June 9-13, 2001. P. 6.
9. Tan E., Yee K. Dynamic compaction on non-engineered fill // Development of Geotechnical Engineering in Civil Works and Geo-Environment, Yogyakarta, 2-3 December 2010. P. 2.
10. Мариничев М.Б., Ткачев И.Г. Практическая реализация метода вертикального армирования неоднородного основания для компенсации неравномерной деформируемости грунтового массива и снижения сейсмических воздействий на надземное сооружение // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. № 94 (10). C. 279-299.
11. Hamidi В., Massé F., Racinais J., Varaksin S. The boundary between deep foundations and ground improvement // Geotechnical Engineering. 2016. Vol. 169 GE2. Pp. 201-213.
12. Racinais J., Thomas В., Ong R. Twenty years of CMC successful application // Retrieved from 19th SEAGC & 2nd AGSSEA. Kuala Lumpur, 2016.
13. Racins J., Plomteux C. Design of slab-on-grades supported with soil reinforced by rigid inclusion // Retrieved from EYGEC 2011. Rotterdam, 2011.
Поступила в редакцию 20 октября 2017 г. Принята в доработанном виде 13 ноября 2017 г. Одобрена для публикации 16 марта 2018 г.
Об авторах: Романов Никита Валерьевич — директор по развитию в России, ООО «Фрейссине», 127055, г. Москва, ул. Щипок, д. 11, стр. 1; [email protected];
Расинэ Жером — директор по проектированию, «Menard SAS», 92120, 2-rue Gutenberg, BP 28, Nozay, France; [email protected].
references
1. Abelev Yu.M. Primenenie effektivnykh metodov uplotneniya slabykh i nasypnykh gruntov v tselyakh ispol'zovaniya ikh v kachestve osnovaniy zhilykh zdaniy [Application of effective methods of compaction of weak and bulk soils for the purpose of using them as the bases of residential buildings]. Moscow, TsBTI Min-stroya SSSR Publ., 1957. 24 p. (In Russian)
2. Abelev M.Yu., Tsytovich N.A. Voprosy prim-eneniya teorii fil'tratsionnoy konsolidatsii dlya sil'no szhimaemykh vodonasyshchennykh glinistykh gruntov [Application of the theory of filtration consolidation for highly compressible water-saturated clay soils]. Os-novaniya i fundamenty [Bases and Foundations]. 1964, no. 3, pp. 11-14. (In Russian)
3. Menard L. Tendances nouvelles en mecanique des sols [New Trends in Soil Mechanics]. Bulletin de l'A.I.A. [Newsletter of the AIA]. 1963, no. 1, pp. 1-12.
4. Menard L. A low cost method of consolidating fills dumped into the sea. Sols Soils. 1971, no. 24. Pp. 14-8.
5. Menard L. La consolidation dynamique des remblais recents et sols compressibles [Dynamic consolidation of recent embankments and compressible soils]. Travaux [Works]. 1972, no. 452 (November), pp. 56-60.
6. Abelev M.Yu. Slabye vodonasyshchennye glin-istye grunty kak osnovaniya sooruzheniy [Weak, water-saturated clay soils as bases of structures]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1973. Pp. 136-152. (In Russian)
7. Cognon J.M. Vacuum consolidation. Revue Française de Géotechnique [French Review of Geo-technics]. 1991. no. 57, pp. 37-47.
8. Masse F., Spaulding C.C., Ihm C.W., Varak-sin S. Vacuum consolidation: a review of 12 years of successful development. Proceedings of the Geo-Od-
yssey Conference, ASCE, Blacksburg VA, June 9-13, 2001. P. 6.
9. Tan E., Yee K. Dynamic compaction on non-engineered fill. Proceedings of the Conference Development of Geotechnical Engineering in Civil Works and Geo-Environment, Yogyakarta, 2-3 December 2010. P. 2.
10. Marinichev M.B., Tkachev I.G. Prakticheskaya realizatsiya metoda vertikal'nogo armirovaniya neod-norodnogo osnovaniya dlya kompensatsii neravnomer-noy deformiruemosti gruntovogo massiva i snizheniya seysmicheskikh vozdeystviy na nadzemnoe sooruzhenie [Practical implementation of the method of vertical reinforcement of an inhomogeneous base to compensate for the uneven deformability of the soil massif and reduce seismic impacts on the above-ground structure]. Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University]. 2013, no. 94 (10), pp. 279-299. (In Russian)
11. Hamidi B., Massé F., Racinais J., Varaksin S. The boundary between deep foundations and ground improvement. Geotechnical Engineering. 2016. Vol. 169 GE2. C. 201-213.
12. Racinais J., Thomas B., Ong R. Twenty years of CMC successful application. Retrieved from 19th Southeast Asian Geotechnical Conference & 2ND AGS-SEA Conference Deep Excavation and Ground Improvement 31 May - 3 June. Kuala Lumpur, 2016.
13. Racins J., Plomteux C. Design of slab-on-grades supported with soil reinforced by rigid inclusion. Retrievedfrom the European Young Geotechnical Engineers Conference. Rotterdam, 2011.
m
ф о т x
s
*
о
У
Т
о s
Received October 20, 2017.
Adopted in final form on November 13, 2017.
Approved for publication on March 16, 2018.
About the authors: Romanov Nikita Valer'evich — Menard business development director in Russia, LLC "Freyssinet" — representative in Russia, 11, str. 1, Shchipok str., Moscow, 127055, Russian Federation; Nikita. [email protected];
Racinais Jerome — Director for Design, "Menard SAS", 92120, 2-rue Gutenberg - BP 28, Nozay, France; [email protected]..
В
г
3
у
о *
4
сл
