Сборник трудов конференции СПбГАСУ ч

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

взаимосвязь с геологической средой, а следовательно через неё и магистральные трубопроводы.

– гидрографическая система представляет собой взаимодействия водных потоков, откладывающих отпечаток на формирования отдельных видов ПТК. Особенностью данной системы является перенос загрязняющих веществ на большие расстояния, а также разрушение береговой линии.

Таким образом, при рассмотрении территории трассы магистральных трубопроводов к ней следует относиться с точки зрения взаимодействия описанных выше систем. На всем протяжении трассы магистрального трубопровода происходит взаимодействие трех систем (рис. 1). Технические объекты и гидрографическая сеть в пределах трасс магистральных трубопроводов выявляются фрагментарно, т. е. магистральные трубопроводы пересекают их на отдельных участках.

Рис. 1. Схематическое изображение систем в пределах охранной полосы магистрального трубопровода:

1 – магистральный трубопровод; 2 – границы охранной полосы трубопровода; 3 – русло реки; 4 – автомобильная дорога; взаимодействие систем 5 – геологическая среда и ПТК; 6 – то же плюс гидрографическая система система;

7 – 5 плюс техническая система

Таким образом, главная система, которую следует рассматривать при геоэкологической оценке – это магистральный трубопровод. Любое его повреждение приводит к изменению в перечисленных выше системах. В данной работе получили дальнейшее развитие идеи автора, которые связали различные риск возникновения аварий на магистральных трубопроводах и разнообразные виды риска для территории, обусловленные его функционированием [1–3].

Рассмотрим различные виды опасностей и их последствия для систем, которые описаны в табл. 1, составленной на основе главных экологических аспектов влияния магистральных трубопроводов на окружающую среду.

Так как выше было сказано, что магистральный трубопровод располагается в центральном месте (рис. 2), то основные изменения на прилегающей к трассе территории будут рассматриваться через призму взаимодействия магистрального трубопровода с остальными системами. Любая внештатная ситуация, приводящая к разрыву трубопровода, сопровождается влиянием на остальные системы. Но между данными системами устанавливается обратная связь. То есть, любые изменения в системах могут спровоцировать разрыв трубопровода. Исключением является техническая система, где связь односторонняя. Однако данная система имеет взаимосвязи с остальными системами и может влиять на безопасность магистрального трубопровода. Глав-

271

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

ным проводником опасности является геологическая среда. Влияние на остальные системы не приводит к возникновению внештатных ситуаций.

Таблица 1

Основные опасности их последствия при проведении геоэкологической оценке трасс магистральных трубопроводов с учетом системного подхода. На основании данных [4] с дополнениями автора

Система	Опасно-			Последствия
	сти
Магист-	Наруще-	Загряз-	Попадание	Разрыв тру-	Попадание	Разруше-
ральный	ние сис-	нении	нефти в воду	бопровода	нефти в	ние ли-
трубопров	темы	нефтью	и её распро-		грунты с	нейных
од	герме-	и неф-	транение на		дальней-	объектов
	тичности	тепро-	значительное		шим про-
	транс-	дукта-	расстояние от		никнове-
	порти-	ми, теп-	места аварии		нием в
	ровки	ловое			подземные
		воздей-			воды
		ствие
Геологи-	Измене-	Посте-	Заиление и	Нарушение	Изменение	Измене-
ческая	ние ин-	пенное	повышение	герметично-	свойств	ние усло-
среда	женер-	измене-	мутности во-	сти магист-	грунтов	вий экс-
	но-	ние рас-	ды, заболачи-	рального		плуатации
	гоелоги-	титель-	вание терри-	трубопрово-		сооруже-
	ческих	ности и	тории	да		ний
	условий	почвен-
		ного по-
		крова
ПТК	Зараста-	Выруб-	–	Нарушение	–	–
	ние ох-	ка и		герметично-
	ранной	распаш-		сти трубо-
	зоны	ка в		провода при
	трубо-	преде-		неправильно
	провода	лах ох-		проведение
		ранной		мероприя-
		полосы		тий по рас-
		трубо-		чистки ох-
		прово-		ранной по-
		дов		лосы трубо-
				провода
Гидрогра-	Экстри-	Измене-	Подмыв и	Затопление	Изменение	Наруше-
фическая	мальные	ние	разрушение	территории,	свойств	ние усло-
	гидроло-	компо-	берегов, зато-	активизация	грунтов	вий экс-
	гические	нентов	пление и за-	коррозион-		плуатации
	явления		болачивание	ных процес-
			пойм	сов с даль-
				нейшим раз-
				рушением
				трубопрово-
				да

272

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 2. Взаимодействие систем в пределах трасс магистральных трубопроводов

Таким образом, исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1.При проведении геоэкологической оценки территории следует понимать, что любое последствие будет связано с взаимодействием между природными, природно-техническими и техническими системами. Особое внимание следует уделять техническим системам, которые будут оказывать наибольшее негативное влияние на состояние прилегающих территорий. Центральное место среди них занимает магистральный трубопровод, а главной системой, подверженной воздействию – ПТК.

2.На всем протяжении трасс происходит сочетание трех систем, а две системы встречаются фрагментарно. Поэтому целесообразно при проведении геоэкологических исследований следует обращать внимание как на состояние природной среды, так и магистральный трубопровод.

3.Взаимодействие между системами имеет в основном прямую и обратную связь, то есть происходит взаимовлияние между компонентами систем но если, при этом обратная вязь отсутствует, то взаимомодействие может происходить и через другие системы.

273

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Литература

1.Мякота, В.Г. Некоторые методические подходы к оценке и классификации экологического риска на трассах магистральных трубопроводов // Научные труды тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» –

М: МГСУ, Изд-во АСВ, 2010. – С.301-304.

2.Мякота, В.Г. К вопросу о классификации рисков природных комплексов, расположенных в пределах трасс магистральных трубопроводов / В. Г. Мякота // Экологические проблемы промышленных городов: Сборник научных статей / под ред. Е. И. Тихомирова

в2-х частях – Саратов, 2011. – Ч.2 – с.20-22.

3.Мякота, В.Г. Проявление инженерно-геологического риска на трассах магистральных трубопроводов / В.Г. Мякота // Проблемы региональной геологии и поисков полезных ископаемых: материалы VII университетских геол. Чтений, 4-6 апреля 2013г., Минск / редкол.: М.А. Журавков (гл. ред.), И. И. Пирожник (зам. гл. ред.), А. Ф. Санько

(отв. ред.) [и др.] – Минск: Изд. центр БГУ, 2013. – С.142-143.

4.Термедашев, З.А. Индетификация экологических аспектов при разработке сис-

темы управления окружающей среды на предприятиях нефтегазового комплекса / З.А. Термедашев, Н.В. Киселева, О.Г. Лаптева, О.Н. Тян // Защита окружающей среды в нефтегазовой промышленности – 2007 – №9. – С.7-11.

УДК 624.138.26

П.О. Ломов

(СГУПС, Новосибирск)

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА УСИЛЕНИЯ ГРУНТОВ АРМИРОВАНИЕМ НАБИВНЫМИ СВАЯМИ В РАСКАТАННЫХ СКВАЖИНАХ

Распространенной проблемой крупных городов является дефицит свободных земельных участков для нового строительства, вдобавок, далеко не каждый город может похвастаться наличием прочного, надежного грунтового основания. Около половины площади города Новосибирска сложено малопригодными для строительного освоения грунтами – это насыпные, заторфованные, просадочные и другие малопрочные грунты.

В результате такого положения дел строительным организациям все чаще приходится прибегать к предпостроечному усилению грунтов основания.

Предпостроечное усиление грунтов основания зданий позволяет существенно снизить затраты при нулевом цикле строительства, увеличить сроки эксплуатации здания. Кроме того, при создании равнопрочного основания снижается вероятность возникновения деформаций в несущих конструкциях здания от неравномерных осадок.

Одним из вариантов усиления является армирование грунтов основания набивными сваями в предварительно раскатанных скважинах, в основе которого лежит метод раскатки скважин, относящийся к глубинным спосо-

274

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

бам уплотнения грунтов (п. 13.3.1 СП 50-101–2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений»).

Суть усиления заключается в армировании и уплотнении грунтов по площади будущих фундаментов раскаткой скважин. Скважины образуются за счет последовательной раскатки грунта от её оси к периферии с помощью раскатывающего рабочего органа – раскатчика скважин (рис. 1), что отличает их от скважин, устроенных с помощью пневмопробойника, где уплотняется в основном забой.

а)

б)

Рис. 1. а – раскатчик скважин образца 1967 года (Институт горного дела) б – раскатчик скважин РС-250 образца 2008 года (СГУПС)

Принципиальная конструктивная схема раскатчика впервые была разработана в 1967 году в институте горного дела Сибирского отделения РАН. Раскатчик скважин содержит эксцентрично установленные на приводном валу и развернутые относительно его оси конические (нарастающего диаметра) катки, которые, при вращении приводного вала, спирально обкатываясь по соответствующим каждому катку забою, уплотняют грунт и формируют стенку скважины. Разворот катков раскатчика относительно оси приводного вала и вращение приводного вала в правом (вид со стороны привода) направлении обеспечивают собственную прямую осевую подачу (самопродвижение) рабочего органа.

Образованные методом раскатки скважины заполняются инертным материалом (песком, щебнем и т. п.) с обязательным послойным уплотнением. Также для повышения надежности раскатанные скважины могут заполняться низкомарочными бетонными смесями, грунтово-цементными растворами, при этом упрощается технология уплотнения смесей, однако увеличиваются

275

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

сроки перед их испытанием и эксплуатацией. Полученные набивные сваи служат армоэлементами. Усиленное основание обладает достаточно высокими деформационными и прочностными характеристиками.

Для равномерной передачи нагрузки на усиленное основание и предотвращения сконцентрированных пиков напряжений в местах контакта набивных свай и фундамента, устраивается гравийно-песчаная или щебеночная подушка и бетонная подготовка.

Наиболее значимыми преимуществами данного метода усиления явля-

ются:

–отсутствие динамического воздействия при производстве работ на рядом стоящие здания и сооружения (в отличие от устройства свайного фундамента);

–простота в исполнении (отсутствие сложных технологических про-

цессов);

–высокая технологичность процесса (минимальное использование ручного труда);

– сравнительно низкая стоимость производства работ (в сравнении

синъекционными методами усиления и свайными фундаментами);

–контролируемое усиление массива с достижением необходимых значений прочностных и деформационных характеристик.

К исходным данным при проектировании усиления относится:

–инженерно-геологическое, гидрогеологическое строение площадки;

–тип фундаментов;

–передаваемая нагрузка на основание;

На основании анализа исходных данных выполняется проектирование усиления:

–определяется шаг и глубина раскатанных скважин, обеспечивающие качественное уплотнение грунта в межсвайном пространстве (шаг обычно составляет от 3 до 5 диаметров раскатанных скважин);

–выполняется расстановка набивных свай в раскатанных скважинах

вплане (единим пятном или локальными участками) и определяется толщина буферного слоя (гравийно-песчаной или щебеночной подушки);

–выполняется расчет прочностных и деформационных характеристик грунтового основания за счет армирования основания набивными сваями и влияния уплотненного грунта в межсвайном пространстве.

К настоящему времени метод усиления грунтов основания армированием набивными сваями в раскатанных скважинах апробирован на многих объектах города Новосибирска и хорошо зарекомендовал себя в регионе, по-

скольку удовлетворяет многим требованиям качества, эффективности и стоимости проведения работ. Отдельные примеры использования данного метода при предпостроечном усилении грунтов основания приведены ниже:

– жилой дом с помещениями общественного назначения и подземной автостоянкой по ул. Котовского, 3/2 в Ленинском районе г. Новосибирска;

276

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

–общественное здание по ул. Кирова, 25 в Октябрьском районе г. Новосибирска;

–жилой дом с помещениями общественного назначения, подземной автостоянкой по ул. Романова, 25 в Центральном районе г. Новосибирска;

–жилой дом с помещениями общественного назначения и подземной автостоянкой по ул. 9 Ноября, 24 в Октябрьском районе г. Новосибирска.

Необходимость усиления на всех вышеперечисленных объектах была вызвана наличием в сжимаемой толще грунтов, обладающих низкими значениями прочностных и деформационных характеристик, недопустимостью использования забивных свай, высокой стоимостью буронабивных. Тип конструкции фундамента для каждого из зданий – монолитная железобетонная плита. Конструктивные и грунтовые условия по каждому объекту приведены

втабл. 1.

		Конструктивные и грунтовые условия усиления					Таблица 1
					Мощ-	Модуль деформации
			Тип усили-			основания, МПа
	Число			Консистенция	ность
Адрес			ваемого			Исход-	Требуе-
	этажей			грунта	усиления,
			грунта		м	ное зна-	мое зна-
						чение	чение
Ул. Котов-	16		супесь	твердая	8,0	8,2	40
ского, 3/2
Ул. Киро-	16		супесь	твердая	6,0	12,1	45
ва, 25			суглинок	твердая
Ул. Рома-	17		супесь	твердая	2,0	14,5	40
				тугопластич-
нова, 25			суглинок
				ная
Ул. 9 Но-	19		супесь	твердая	8,5	18,5	40
ября, 24			суглинок	полутвердая

На каждом из приведенных выше объектах, в соответствии с требованиями нормативных документов, проводился контроль качества, включающий в себя:

–входной контроль качества исходных материалов;

–операционный контроль;

–приемочный контроль качества после полного окончания работ. Приемочный контроль качества выполняется не ранее чем через 14 су-

ток после полного окончания производства работ по усилению грунтов основания и включает в себя:

–вскрытие шурфов с отбором проб уплотненного грунта (между свай и

воколосвайном пространстве) и материала свай и замером геометрических параметров набивных свай.

277

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

–испытание отобранных образцов уплотненного грунта и материала свай в геотехнической лаборатории;

–испытание усиленного основания штампом А = 5000 см2, через выравнивающую песчаную подсыпку.

Одним из основных ограничений для широкого применения данного метода усиления является отсутствие расчетно-теоретической базы и норма- тивно-технической документации, и в первую очередь критериев оценки уплотнения грунтов в межскваженном пространстве в зависимости от конструкции рабочего органа, шага скважин, инженерно-геологических условий и т. п.

Физико-механические характеристики усиленного основания определенные как средневзвешенные между характеристиками уплотненного грунта и материала свай несут в себе некоторые погрешности, в первую очередь из-за необходимости учета для различных инженерно-геологических условий бокового давления на контакте сваи с уплотненным грунтом, работы грунта под нижним концом сваи и т. п. Таким образом, для оценки качества усиленных оснований с возможностью получения количественных данных необходимо проводить опытные определения физико-механических характеристик.

Важным в методике проектирования усиления грунтов основания армированием набивными сваями в раскатанных скважинах является определение степени уплотнения грунтов. В связи с этим на вышеперечисленных объектах проводились исследования (в рамках контроля качества) по оценке изменения физико-механических характеристик грунтов в зависимости от расстояния от раскатанных скважин. Результаты исследований, представлены

втабл. 2.

Анализируя табл. 2, можно увидеть, что в данных инженерногеологических условиях средневзвешенные значения модулей деформации усиленных оснований в среднем на 25 % меньше фактических значений, полученных в результате штамповых испытаний. Согласно п. 5.3.3 СП 22.13330.2011 «Основания здания и сооружений» наиболее достоверными методами определения деформационных характеристик грунтов являются штамповые испытания. Следует отметить, что испытание грунтов штампом является дорогостоящим и поэтому единичным способом получения значений деформационных характеристик усиленного основания.

Таким образом, анализ полученных данных по изменению значений физико-механических характеристик грунтов основания после усиления, полученных в лабораторных и полевых условиях, позволит разработать методику проектирования усиления грунтов основания армированием набивными сваями в раскатанных скважинах с достоверным прогнозированием конечных значений контролируемых свойств.

278

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

										Таблица 2
	Результаты исследований грунтов усиленного основания
				Модуль деформации
	Плотность сухого			основания (компрес-				Модуль деформации, МПа
	грунта, г/см3			сионные испытания),
					МПа
		После уси-			После усиле-			на	Усиленного осно-
		ления				ния		испытания(свайМатериала сжатиеодноосное)		вания
Адрес	усиленияДо	свайМежду	прооколосвайномВ - странстве	усиленияДо	свайМежду		прооколосвайномВ - странстве		Средневзвешенноезначение	штампорезультатамПо - испытаниявого	значениеТребуемое
Ул. Котов-	1,50	1,61	1,66	8,2	18,0		22,5	250	43,4	54,1	40
ского, 3/2
Ул. Киро-	1,55	1,63	1,68	12,1	24,2		28,1	260	49,7	57,8	45
ва, 25
Ул. Рома-	1,58	1,68	1,72	14,5	19,6		26,4	220	43,0	56,2	40
нова, 25
Ул. 9 Но-	1,60	1,72	1,75	18,5	23,5		27,8	270	50,8	68	40
ября, 24

279

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ИХ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ

Материалы международной научно-технической конференции, посвящённой 80-летию образования кафедры геотехники СПбГАСУ (механики грунтов, оснований и фундаментов ЛИСИ)

и 290-летию российской науки

Часть II

Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати 24.01.14. Формат 60 84 1/8. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 17,5. Тираж 300 экз. Заказ 6. «С» 5.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе, 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

280