научный журнал «Актуальные исследования» #21 (100), июнь '22

Способы укрепления «слабых» оснований в условиях деградации многолетнемерзлых грунтов

Статья посвящена актуальной проблеме – обеспечения прочности и устойчивости автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) в условиях их деградации. В ней приведен анализ технических решений по укреплению оснований из оттаивающих ММГ с целью обеспечения прочности и устойчивости автомобильных дорог. Подробно рассмотрены преимущества технологии струйной цементации грунтов.

Аннотация статьи
дорожное строительство
земляное полотно
многолетнемерзлые грунты
укрепление грунтов
геосинтетические материалы
армогрунтовые элементы
стабилизация грунтов
Ключевые слова

Многолетнемерзлые грунты (ММГ) распространены практически повсеместно на территории Восточной Сибири и Дальнего Востока. Наглядно (рис.1) это характерно для территории Иркутской области, Республики Бурятия и Забайкальского края, относящихся преимущественно к южной подзоне I Дорожно-климатической зоны. Основными факторами наличия ММГ в характерных районах всегда считались средняя годовая температура воздуха ниже ‒2,5 оС, горный и грядово-холмистый рельеф местности с густой высокорослой растительностью.

Рис. 1. Карта распространения многолетнемерзлых грунтов на территории Байкальского региона

Территория южной подзоны I ДКЗ в современных условиях характеризуется крайне нестабильным состояние ММГ. Переход грунтов основания из многолетнемерзлого в сезонно-оттаивающее сопровождается их переувлажнением и потерей несущей способности. В результате на автомобильных дорогах возникают значительные деформации и разрушения, затрудняющие комфортабельность и снижающие безопасность движения.

В случае возникновения на дорогах в процессе эксплуатации дефектов, связанных с оттаиванием ММГ, транспортно-эксплуатационные качества возможно восстановить только при капитальном ремонте отдельных участков автомобильных дорог. При этом наиболее затратными станут мероприятия по разборке и дальнейшему восстановлению земляного полотна после укрепления основания.

Наиболее известным способом укрепления основания на «слабых» переувлажненных оттаивающих грунтах является устройство вертикальных дрен в виде песчаных свай (рис.2) с перекрытием свайного поля объемной георешеткой, заполненной щебенистым грунтом, щебнем фракции 0-150 мм или гравийно-песчаной смесью.

Рис. 2. Укрепление «слабого» основания вертикальными дренами

Рис. 3. Укрепление «слабого» основания буронабивными цементогрунтовыми сваями

Существуют и альтернативные способы укрепления основания из «слабых» грунтов. К ним относят способы создания свайного поля из цементогрунта. Сооружают свайное поле без разборки деформированной насыпи буронабивным методом или методом струйной цементации. Первый метод (рис.3), в свою очередь, отличается значительной материалоемкостью и большим количеством механизмов, необходимых для выполнения работ (непосредственно цементогрунт, обсадные трубы, оборудование по их извлечению, бетоносмесительные установки, буровые машины и т.д.).

Рис. 4. Укрепление «слабого» основания способом струйной цементации

Технология струйной цементации грунтов (рис. 4) заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивании грунта с цементным раствором в режиме "mix-in-place" (перемешивание на месте). После твердения раствора внутри «слабого» оттаивающего основания образуется новый материал – грунтоцемент, обладающий более высокими прочностными и деформационными характеристиками.

На первом этапе на ось скважины устанавливают буровой станок, с помощью которого бурят лидирующую скважину. На буровую установку устанавливается штанга, оснащенная двумя форсунками, направленными в одну сторону (монитор). В пробуренную скважину устанавливается монитор, после чего включается насос высокого давления, происходит размывание и перемешивание грунта высоконапорной струей полимерцементного состава под давлением 250-300 атм., при этого монитор поднимается со скоростью 0,5 м/мин до выхода струи на дневную поверхность, после чего насос отключается. В результате первой проходки получается размытый канал, шириной 0,2м и длинной 0,4-0,6 м, содержащий грунтополимерцементный материал, образующий часть грунтоцементной сваи.

После первой проходки установка передвигается вдоль образовавшегося канала до упора в твердый не размытый грунт (конец первой проходки является началом второй). Монитор под собственным весом вновь опускается в размытый канал. В случае, когда опускание монитора затруднено (канал быстро затягивает) в канал подается сжатый воздух под давлением 5-6 атм. через гибкий шланг с металлическим наконечником. После погружения монитора на проектную глубину включается насос высокого давления, происходит размывание и перемешивание грунта высоконапорной струей полимерцементного состава под давлением 250-300 атм., при этом монитор поднимается со скоростью 0,5 м/мин до выхода струи на дневную поверхность, после чего насос отключается. Устройство остальных скважин производится по такому же принципу.

На основании выполненного технико-экономического сравнения способов укрепления «слабых» оттаивающих оснований установлено, что по сравнению с традиционным способом устройства вертикальных песчаных дрен с перекрытием объемным армоэлементом технология струйной цементации позволяет снизить затраты на восстановление деформируемых участков дорог более, чем на 20 % (рис.5).

Рис. 5. Способы укрепления "слабых" оттаивающих оснований

Текст статьи
  1. Верхотуров А.В., Максимова Е.А. Влияние климатических изменений на состояние транспортных сооружений в Забайкалье / Инженерная защита. – 2015. - № 5(10). С. 70-77.
  2. Вишневский В.А. Особенности строительства и эксплуатации автомобильных дорог в условиях деградации многолетней мерзлоты // Техника и технология транспорта. 2019. № 11. С. 25. URL: http://transport-kgasu.ru/files/N11-25CTC19.pdf
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 02 июля по 08 июля
Осталось 2 дня до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
12 июля
Загрузка в eLibrary
12 июля
Рассылка печатных экземпляров
22 июля