Способы укрепления «слабых» оснований в условиях деградации многолетнемерзлых грунтов

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

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