Construction and Geotechnics

При строительстве и эксплуатации зданий и сооружений на слабых грунтах неизбежно возникает проблема преобразования их физико-механических свойств для повышения несущей способности и снижения деформируемости. С одной стороны, это проблема, но с другой - это возможность для инноваций и модернизации существующих методов укрепления грунтов основания. Искусственное закрепление грунта - воздействие на грунт с помощью различных конструктивных и технологических мероприятий, которое повышает его несущую способность и снижает деформации. В настоящее время существует множество методов закрепления грунта, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Чаще всего область применения метода так или иначе ограничена типом грунта. В данной статье проанализированы следующие популярные методы закрепления грунтов: термическое закрепление грунтов горячим воздухом и сжигаемым топливом, замораживание, оттаивание естественным и искусственным путем, электроосмос, понижение уровня грунтовых вод легкими, эжекторными иглофильтрами, а также вакуумным методом, уплотнение пригрузкой, вибрированием, трамбованием и взрывами, использование различных волокнистых материалов, укрепление набивными сваями, силикатизация однорастворная, двухрастворная и газовая, использование энзимов, смолизация, струйная цементация однокомпонентная, двухкомпонентная и трехкомпонентная, битумизация в горячем и холодном виде. Также в таблицах приведены рекомендуемые грунтовые условия для применения того или иного метода, рассмотрены их преимущества и недостатки. В каждом методе кратко описана технология работ и используемые механизмы. К выбору того или иного метода стоит подходить индивидуально, но, применяя данную классификацию и таблицы, можно значительно упростить выбор подходящего метода закрепления грунтов основания.

Рассматриваются вопросы зависимости физико-механических характеристик грунтов от факторов, определяющих их напряженное состояние. Поскольку переход от прочностных и деформационных характеристик, полученных в лабораторных условиях для образцов грунта, к аналогичным характеристикам, соответствующим ненарушенному грунтовому массиву, в настоящее время недостаточно обоснован, необходимо проводить исследования, направленные на установление аналитических зависимостей между прочностными свойствами грунтов и параметрами, определяющими их напряженное состояние. Для установления взаимосвязи между прочностными характеристиками слагающего грунта и геометрией однородного ненагруженного откоса в предельном состоянии проанализированы результаты ранее выполненных исследований. На примере однородного, изотропного и прямолинейного грунтового откоса показано, что прочностные свойства слагающего грунта находятся в определенной взаимной зависимости, если уровень напряжений таков, что приоткосная область оказалась в предельном состоянии. Наиболее подробно рассмотрены зависимости угла внутреннего трения от угла заложения откоса при различных значениях коэффициента бокового давления. Выполнены расчеты и составлена модернизированная таблица предельных прочностных характеристик грунтов. Приведены графические и аналитические зависимости, позволяющие проиллюстрировать установленные закономерности.

Сохранение и преумножение зеленых насаждений в городах и поселках - одна из главных экологических задач. Безразличное отношение горожан к своей среде обитания - серьезная актуальная проблема. Авторами статьи поднимается вопрос о повышении гражданской активности жителей мегаполисов в сфере сохранения зеленого каркаса городов. Описывается успешный опыт работы некоммерческой организации Tree Pittsburgh (Пенсильвания, США) по сохранению и преумножению деревьев в своем городе. В сентябре 2014 г. состоялась встреча руководства и активистов организации Tree Pittsburgh с сотрудниками и студентами строительного факультета ПНИПУ. Для сравнения приводится информация о работе администрации и общественных организаций г. Перми по защите зеленых насаждений, анализируются направления и методы деятельности американских и пермских структур, ответственных за озеленение городов. Даются рекомендации по применению опыта работы Tree Pittsburgh. Предлагается комплекс организационных и образовательных мероприятий для «пробуждения» общественного сознания.

Рассмотрена одна из основных проблем свайного фундамента на основе забивных железобетонных свай - невозможность их бездефектного погружения, связанная в первую очередь со сложными грунтовыми условиями. Данная проблема приводит к необходимости производить срубку голов свай с непроектным погружением («недобитые сваи») или забивать сваю-дублер. Альтернативой использования забивных свай являются буронабивные сваи. В статье представлена подробная классификация буронабивных свай, проведен анализ и сопоставление характеристик стали и стеклопластика, что позволяет предположить расширение области применения последнего в области строительства, в частности при устройстве свайного фундамента. Уникальность стеклопластика в сравнении с любым другим материалом, применяемым в качестве обсадных труб, заключается в возможном сочетании свойств, которое позволит создавать буронабивные сваи с повышенными прочностными характеристиками. Технология устройства буронабивных свай в обсадных трубах из стеклопластика, предлагаемая авторами, по коррозионной стойкости и морозостойкости не уступает конструкциям, которые выполнены полностью из полимерных материалов, а по прочности, жесткости и устойчивости превосходит полимерные материалы и не уступает стали. Основной физический смысл метода создания буронабивных свай в обсадных трубах из стеклопластика заключается в следующем: герметичная стеклопластиковая оболочка (стеклопластиковая труба) надежно защищает бетонную сваю от воздействия внешней среды, что определяет ее долговечность, выполняет функции арматуры, воспринимая механические нагрузки, и одновременно выполняет функцию опалубки, которая удерживает тепло бетонной смеси внутри конструкции благодаря низкой теплопроводности, что позволяет повысить качество выполняемых работ в соответствии со схемами операционного контроля качества.

Согласно своду правил СП 24.13330 комбинированным называется фундамент, состоящий из железобетонной плиты и свай, совместно передающих нагрузки на основание. В таких фундаментах нагрузка от здания на основание распределяется за счет взаимодействия «свая - грунт», «свая - свая», «плита - грунт», «плита - свая», и при производстве земляных и подготовительных работ важно обеспечить выполнение проектных решений. В статье рассмотрен способ устройства комбинированных фундаментов в зимний период в условиях г. Тюмени. Фундаменты возводились в период с декабря 2013 г. по март 2014 г. Участок строительства располагался в черте города и характеризовался высоким уровнем грунтовых вод, а также наличием сильнопучинистых грунтов. За время проведения работ температура воздуха изменялась от -39 °С в конце января до +7 °С в середине марта. Градиент изменения суточных температур за все время производства работ достигал ∆ Т = 46 °С. В ходе производства земляных (разработка котлована) и свайных (забивка свай) работ грунтовое основание было проморожено в водонасыщенном состоянии, а контактный слой грунта механически поврежден. Предложенные авторами мероприятия по восстановлению контактного слоя «фундамент - грунтовое основание» предусматривали инъецирование цементного раствора через трубы-инъекторы в пустоты (полости), образовавшиеся под ленточными ростверками, и в пустоты подготовки из щебня. Предлагаемый способ может быть использован при устройстве комбинированных плитно-свайных фундаментов и свайных фундаментов с низким ростверком. Способ позволяет эффективно ликвидировать последствия просадки пучинистых грунтов при их оттаивании, а также устранить последствия расструктуривания грунта основания, возникающего по причине метеорологических воздействий, воздействия грунтовых вод, динамического воздействия механизмов и ошибок строителей в процессе производства земляных работ.

Отмечено, что фундаментальными понятиями геотехники являются несущая способность грунта и качество бетона. Предложена аналого-дискретная модель грунта и бетона, основанная на хрупком теле KR (Кулачкин-Радкевич). Качество бетона исследовано с применением акустики, включая теневой и эхо-способы. Представлен критический анализ методов испытаний свай. Динамические методы Dynamic Load Test, Statnamic и метод Герсеванова показали свою эффективность. Метод Osterberg’a (статический метод) имеет существенные ограничения. Штамповые испытания после бурения скважин до устройства свай эффективны для оценки несущей способности сваи с учетом бокового трения при применении обсадных труб. Комбинация Ultrasonic (ультразвук) и Low Strain Test (сейсмоакустика) повышает информативность акустических исследований и может быть использована для свай, стен в грунте, ограждающих конструкций и др. Зависимость скорости акустической волны (УЗД) от прочности бетона, имеющая линейный характер, использована для Low Strain Test в рамках одномерной волновой теории. Визуальное обследование геотехнических работ и анализ инженерных изысканий в рамках Observation Method (метод наблюдений) имеет важное практическое значение, особенно для линейных сооружений (мосты, путепроводы, эстакады, тоннели), позволяя вносить необходимые изменения в проект в процессе строительства, что в целом повышает качество геотехнических работ.

В Кубанском государственном аграрном университете ведутся исследования по оценке работы разделительных ограждений в слабых глинистых грунтах, устраиваемых для защиты существующих зданий от влияния нового строительства. Для уменьшения развития дополнительных осадок ленточных фундаментов существующего здания от влияния давления, передаваемого на грунт новым, близко расположенным плитным фундаментом, рассмотрено два варианта разделительных ограждений. По первому варианту принято разделительное ограждение в виде металлического шпунта Ларсена. По условиям задачи считается, что металлический шпунт погружается в грунт вдавливанием (или вибропогружением) до вскрытия котлована под новое здание. Длина шпунта назначается по расчету либо конструктивно, чаще в предположении прорезки всей толщи слабых глинистых грунтов. При этом установлено, что лучшие результаты работы металлического шпунта достигаются в том случае, когда он нижним концом опирается в малосжимаемый грунт. По второму варианту принято разделительное ограждение в виде геотехнического (грунтоцементного) барьера. По условиям задачи считается, что до начала основных строительных работ производится цементация грунта через инъекторы (подготовка грунта), при которой заполняются все имеющиеся полости, трещины, зоны пониженной плотности в основании. При этом происходит уплотнение и армирование грунта линзами цементного раствора и создается более жесткая структура, способная реагировать на дальнейшее нагнетание инъекционного раствора. По результатам моделирования и выполненных расчетов установлено, что наибольший положительный эффект от устройства разделительного ограждения между фундаментами зданий достигается в том случае, когда ограждение устраивается в виде геотехнического барьера. Дополнительная осадка ленточного фундамента существующего здания уменьшается на 60-65 % (примерно до 4,2 см) по сравнению с дополнительной осадкой 8,5 см в случае отсутствия разделительного ограждения. Если в качестве разделительного ограждения между фундаментами зданий используется металлический шпунт Ларсена, то дополнительная осадка ленточного фундамента также уменьшится, но лишь на 20-25 %, и составит примерно 6,8 см.