ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АРМОГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОМ С ПОМОЩЬЮ ДИНАМИЧЕСКОГО ПЛОТНОМЕРА
- Авторы: Комаров Д.А1, Клевеко В.И2
- Учреждения:
- ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»
- Пермский национальный исследовательский политехнический университет
- Выпуск: Том 10, № 4 (2019)
- Страницы: 5-12
- Раздел: Статьи
- URL: https://ered.pstu.ru/index.php/CG/article/view/697
- DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9826/2019.4.01
- Цитировать
Аннотация
Одним из способов улучшения свойств грунтов является их армирование различными геосинтетическими материалами. Одной из причин, препятствующих более широкому применению геосинтетических материалов в строительстве, является сложность объективной оценки эффективности их использования. Проведение исследований, направленных на изучение работы геосинтетических материалов в конструкциях оснований и взаимодействия их с грунтом, является весьма дорогостоящим и трудоемким мероприятием. Особенно сложными являются исследования армогрунтовых конструкций для транспортного строительства, которые испытывают воздействие динамических нагрузок. Геосинтетические материалы позволяют существенно улучшить деформационные характеристики армогрунтовых оснований. Поэтому использование различных экспресс-методов для определения деформационных характеристик армогрунтовых оснований является весьма актуальным. Одним из новых экспресс-методов определения деформационных характеристик грунтового основания является метод с использованием динамического плотномера. В качестве прибора для определения динамического модуля упругости Ed на поверхности грунта был использован «Измеритель динамический модуля упругости грунтов ДПГ-1.2». Динамический модуль упругости Ed имеет корреляционную зависимость с коэффициентом уплотнения и статическим модулем упругости Est . Одной из областей применения геосинтетических материалов в дорожном строительстве является их использование в конструкциях временных дорог. Поэтому в работе моделировалась конструкция временной автомобильной дороги, представляющая собой слой песка различной толщины на армирующей геосинтетической прослойке. В качестве армирующего геосинтетического материала были использованы каркасная геосетка КС-16 «Россомаха» производства ОАО «КЗМС» и геоткань Геоспан ТН-50 производства ООО «ГЕКСА-нетканые материалы». В данной статье представлены результаты определения статического модуля упругости Est и динамического модуля упругости Ed неармированного грунта и армирования грунта геосинтетическим материалом с помощью прибора ДПГ-1.2. По результатам проведенного эксперимента видно, что значения модуля упругости, полученные экспресс-методом с помощью прибора ДПГ-1.2, имеют сопоставимые значения с данными, полученными лабораторным способом, погрешность измерения не превышает 22 %. При толщине засыпки h = 50 мм использование каркасной геосетки КС-16 позволяет увеличить Est на 23 % и Ed на 14 % по сравнению с неармированным основанием, а при использовании геоткани Гекса ТН-50 наблюдается увеличение Est на 15,5 % и Ed на 11 % по сравнению с неармированным основанием. Увеличение толщины засыпки h до 100 мм практически не уменьшает эффективность армирования каркасной геосеткой КС-16 «Россомаха» - статический модуль упругости Est увеличивается на 22 % и динамический модуль упругости Ed на 14 % по сравнению с неармированным основанием. А для геоткани Гекса ТН-50 при h = 100 мм эффективность армирования значительно снижается - значения Est и Ed увеличиваются только на 2,5 % по сравнению с неармированным основанием. Это, вероятно, вызвано значительно большей жесткостью каркасной геосетки КС-16 «Россомаха». Таким образом, прибор ДПГ-1.2 позволяет достаточно точно измерять деформационные характеристики грунтовых оснований. Применение специализированной каркасной геосетки КС-16 «Росомаха» более эффективно в конструкциях временных автомобильных дорог по сравнению с универсальным геосинтетическим материалом Гекса ТН-50.
Полный текст
Введение Строительство на территории Пермского края может представлять значительные трудности из-за геологических и климатических условий. Особенно большие сложности вызывают работы нулевого цикла и строительство временных дорог вследствие наличия слабых грунтов, которые не позволяют проводить строительные работы без применения специальных мероприятий. В настоящее время в этих случаях для улучшения свойств грунтов применяются различные геосинтетические материалы [1]. Данные материалы характеризуются широким спектром полезных свойств, в числе которых армирование, позволяющее улучшить как прочностные, так и деформационные характеристики армогрунтовых конструкций. В последнее время в результате развития технологий появляются новые геосинтетические материалы [2]. Современные геосинтетические материалы могут быть универсального или узконаправленного назначения. В последнее время в мире наблюдается увеличение числа узкоспециализированных геосинтетиков. Наиболее часто геосинтетические материалы используются в транспортном строительстве. Одной из причин, препятствующей более широкому применению геосинтетических материалов в строительстве, является сложность объективной оценки эффективности их использования. Изучение работы геосинтетических материалов в конструкциях автомобильных дорог и взаимодействия их с грунтом является весьма дорогостоящим и трудоемким мероприятием. Геосинтетические материалы позволяют существенно улучшить деформационные характеристики армогрунтовых оснований [3]. Испытания таких конструкций для транспортного строительства являются особенно сложными и трудоемкими, так как они воспринимают воздействие динамических нагрузок от транспортных средств. Поэтому использование различных экспресс-методов для определения деформационных характеристик армогрунтовых конструкций является весьма актуальным. Определение деформационных характеристик грунтового основания возможно с помощью нового экспресс-метода с использованием динамического плотномера [4-9]. Для определения динамического и статического модулей упругости на поверхности грунта применялся «Измеритель динамический модуля упругости грунтов ДПГ-1.2». Динамический модуль упругости имеет корреляционную зависимость с коэффициентом уплотнения и статическим модулем упругости [10, 11]. Одной из областей применения геосинтетических материалов в дорожном строительстве является их использование в конструкциях временных дорог [12, 13]. Поэтому в работе моделировалась конструкция временной автомобильной дороги, представляющая собой слой песка различной толщины на армирующей геосинтетической прослойке. В данной статье представлены результаты определения статического модуля упругости Est и динамического модуля упругости Ed неармированного грунта и армирования грунта геосинтетическим материалом с помощью прибора ДПГ-1.2. Целью проведения испытаний является: 1. Изучение возможности применения прибора для определения статического модуля упругости Est и динамического модуля упругости Ed. 2. Определение влияния армирования грунта геосинтетическим материалом на изменение статического модуля упругости Est и динамического модуля упругости Ed. Методика проведения исследований При выполнении испытаний в качестве грунтового основания использовался маловлажный песок средней крупности. Его физико-механические характеристики, определенные лабораторным способом, приведены в табл. 1. Таблица 1 Результаты определения физико-механических свойств песка Table 1 The results of the determination of physical and mechanical properties of sand Наименование показателя Обозначение Значение Влажность грунта, % w 4 Удельный вес грунта, кН/м3 γ 16,5 Удельный вес частиц грунта, кН/м3 γ s 25,0 Угол внутреннего трения грунта, град φ 35 Удельное сцепление грунта, кПа с 0 Коэффициент пористости грунта, д.ед. е 0,65 Модуль деформации грунта, МПа Е 13,0 Прибор ДПГ-1.2 (рис. 1) состоит из механического ударного устройства и электронного блока. Механическое ударное устройство состоит из круглого штампа диаметром d = 200 мм, на котором жестко закреплен блок датчиков перемещения и ударного усилия, направляющая штанга, пружинный демпфер и груз. Электронный блок имеет сервисную программу для более детальной обработки полученной информации, подготовки отчета и архивирования результатов. В качестве армирующего геосинтетического материала были использованы каркасная геосетка КС-16 «Росомаха» производства ОАО «КЗМС» и геоткань Геоспан ТН-50 производства ООО «ГЕКСА-нетканые материалы», имеющие размеры 1000´1000 мм. Каркасная сетка «Россомаха» была специально разработана для использования в конструкциях временных автодорог и характеризуется повышенной жесткостью на изгиб по сравнению с обычными геосетками. Геоткань «Гекса» относится к универсальным геосинтетическим материалам, имеющим широкий спектр областей применения. Физико-механические характеристики геосинтетических материалов приведены в табл. 2. Таблица 2 Физико-механические характеристики геосинтетических материалов Table 2 Physico-mechanical characteristics of geosynthetic materials Показатели КС-16 «Росомаха» Геоспан ТН-50 Материал полиэфир полипропилен Толщина, мм 12,0 1,35 Масса 1 м2, г 1600 275 Прочность при растяжении, кН/м 60,0 50,0 Относительное удлинение при разрыве, % 10 17 Проведение экспериментов выполнялось в два этапа: 1. Определение динамического и статического модуля упругости неармированного основания. 2. Определение динамического и статического модуля упругости основания, армированного геосинтетическими материалами. Каждая серия испытаний проводилась с шестикратной повторяемостью. Толщина слоя засыпки была назначена исходя из диаметра штампа d = 200 мм. Оптимальной глубиной заложения армирующего геосинтетического материала считается величина 0,20…0,25d [3]. Поэтому для оценки эффективности армирования были проведены испытания при толщине засыпки h = 50 мм и h = 100 мм, т.е. при h = 0,25d и h = 0,5d. Процесс проведения эксперимента представлен на рис. 2. Рис. 2. Укладка геосинтетического материала (каркасная геосетка КС-16 «Росомаха») Fig. 2. Laying geosynthetic material (frame geogrid KS-16 “Rosomaha”) По результатам проведения эксперимента были полученные данные, приведенные в табл. 3. Таблица 3 Результаты проведенных экспериментов Table 3 The results of the experiments № п/п Вид основания Динамический модуль упругости Ed, МПа Статический модуль упругости Est, МПа 1 Неармированное 10,14 10,14 2 Армированное геосеткой КС-16, h = 5 см 11,84 13,2 3 Армированное геосеткой КС-16, h = 10 см 11,8 12,95 4 Армированное геотканью Гекса ТН-50, h = 5 см 11,4 12,0 5 Армированное геотканью Гекса ТН-50, h = 10 см 10,4 10,4 Для более детальной обработки информации в приборе ДПГ-1.2 предусмотрен вывод графиков, которые показывают изменение виброперемещения и силы удара во времени. Анализ полученных результатов испытаний По результатам проведенного эксперимента видно, что значения модуля деформации, полученные экспресс-методом с помощью прибора ДПГ-1.2, имеют сопоставимые значения с данными, полученными лабораторным способом, погрешность измерения не превышает 22 %. При толщине засыпки h = 50 мм использование каркасной геосетки КС-16 позволяет увеличить статический модуль упругости Est на 23 % и динамический модуль упругости Ed на 14 % по сравнению с неармированным основанием, а при использовании геоткани Гекса ТН-50 наблюдается увеличение статического модуля упругости Est на 15,5 % и динамического модуля упругости Ed на 11 % по сравнению с неармированным основанием [14, 15]. Увеличение толщины засыпки h до 100 мм практически не уменьшает эффективность армирования каркасной геосеткой КС-16 «Россомаха» - статический модуль упругости Est увеличивается на 22 % и динамический модуль упругости Ed на 14 % по сравнению с неармированным основанием. А для геоткани Гекса ТН-50 при h = 100 мм эффективность армирования значительно снижается - статический модуль упругости Est и динамический модуль упругости Ed увеличиваются только на 2,5 % по сравнению с неармированным основанием. Это, вероятно, вызвано значительно большей жесткостью каркасной геосетки КС-16 «Росомаха». Выводы Прибор ДПГ-1.2 позволяет достаточно точно измерять деформационные характеристики грунтовых оснований, погрешность измерения составила 22 %, причем экспересс-метод несколько занижает значения модуля деформации по сравнению с лабораторным методом. Рассмотренные геосинтетические материалы имеют примерно одинаковую прочность, однако применение специализированной каркасной геосетки КС-16 «Росомаха» более эффективно по сравнению с универсальным геосинтетическим материалом Гекса ТН-50, особенно в конструкциях временных автомобильных дорог, так как она имеет значительно большую жесткость по сравнению с традиционными геосинтетическими материалами.Об авторах
Д. А Комаров
ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»
В. И Клевеко
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Список литературы
- Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / под общ. ред. В.А. Ильичева, Р.А. Мангушева. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Изд-во АСВ, 2016. - 1040 с.
- Пономарев А.Б., Офрихтер В.Г. Анализ и проблемы исследований геосинтетических материалов в России // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2013. - № 2. - С. 68-73.
- Клевеко В.И. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния армированных грунтовых оснований в глинистых грунтах // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. - 2014. - № 4. - С. 188-197.
- Сазонова С.А., Пономарев А.Б. К вопросу определения деформационных свойств техногенных оснований экспресс-методами // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. - 2014. - № 1 (13). - С. 89-97.
- Сазонова С.А., Пономарев А.Б. Применение экспресс-метода при оценке свойств техногенных грунтов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2014. - № 4. - С. 159-169.
- Пономарев А.Б., Сазонова С.А., Румянцев С.Д. О современных методах экспресс-контроля характеристик насыпных грунтов // Геотехника. - 2017. - № 3. - С. 8-12.
- Сазонова С.А., Румянцев С.Д. Применение экспресс-методов для определения характеристик насыпных грунтов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2017. - № 3. - C. 113-120.
- Исупов И.А., Сазонова С.А. Анализ полевых методов определения деформационных характеристик насыпных грунтов // Master's Journal. - 2018. - № 1. - С. 81-86.
- Сазонова С.А., Пономарев А.Б. Некоторые предпосылки применения динамического плотномера к определению модуля деформации грунта // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2018. - Т. 9, № 3. - С. 28-35.
- Loizos A., Boukovalas G., Karlaftis A. Dynamic stiffness modulus for pavement subgrade evaluation // Journal of Transportation Engineering. - 2003. - Т. 129, № 4. - С. 434.
- Failure modes and mechanisms of pavements in saline foundations / J. Zhang, X. Weng, B. Qu, J. Liu, B. Yang, Y. Li // Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Transport. - 2018. - Vol. 171, № 3. - Р. 174-182.
- Ведерников Д.Е., Татьянников Д.А. Численное моделирование трех вариантов устройства временных дорог на слабом основании // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. - 2017. - № 2. - С. 41-53.
- Черемных С.Г., Татьянников Д.А., Клевеко В.И. Мониторинг деформаций временной дороги // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. - 2018. - № 1 (29). - С. 137-147.
- Комаров Д.А., Клевеко В.И. Применение экспресс-метода для определение модуля деформации основания из грунта, армированного геосинтетическим материалом // Научный взгляд в будущее. - 2016. - Т. 11, № 2. - С. 48-51.
- Komarov D.A., Kleveko V.I. The use of express method for determining of the base deformations module of soil reinforced by geosynthetics // SWorldJournal. -2016. - Vol. 04, № j116 (10). - С. 26-29.
Статистика
Просмотры
Аннотация - 693
PDF (Russian) - 217
Ссылки
- Ссылки не определены.