Лекции для студентов

Инженерная подготовка городских территорий — Механическое удерживание земляных масс

Механическое удерживание земляных масс

Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций: ими могут быть подпорные стенки, свайные ряды, инъекционные преграды и простейший тип удерживающих сооружений — упорные призмы из грунта.

Подпорные стенки проектируют чаще всего для удержания неглубоких слоев, смещающихся по четко определенной поверхности скольжения (рис. 42). В зонах с ответственными зданиями и сооружениями подпорными стенками удерживают и более мощные слои, потенциальные поверхности скольжения которых известны. Как правило, подпорные стенки значительной высоты проектируют на участках автомобильных дорог, где с их помощью стабилизируют естественные и искусственные склоны.

Подпорные стенки делают из каменной кладки, бетона и бутобетона, железобетона, массивными или облегченными на свайном основании. В некоторых случаях при проектировании автомобильных дорог на склонах прибегают к устройству массивных стенок из армированного грунта или анкерных креплений. Сооружения врезают основанием в несмещающийся слой грунта и защищают от подземных и поверхностных вод.

Рис. 42, Удерживающие подпорные стены и свайные сооружения:

а. — массивная подпорная стена; 6 — то же, ниже подошвы склона; в — то же, в сочетании со шпунтовым рядом; г — консольная подпорная стена; д — то же, на контрфорсах; е — то же, в сочетании со сваями; ж — стена из армированного грунта; з — то же, монолитная заанкеренная; и — то же, из сборных панелей, заанкеренных в грунте; к — свайное поле из забивных свай; л — то же, из набивных;

1 — коренные породы; 2 — водовыпуск; 3 — плоскость скольжения; 4 — лоток; 5 — шпунтовый ряд; 6 — фильтрующая засыпка; 7 — поверхность естественного рельефа; 8 — контрфорс; 9 — сваи: 10 — арматура, заанкеренная в грунте; 11 — облицовка; 12 — железо­бетонная плита; 13 — анкер-свая с камуфлетной головкой; 14 — сваи-шпонки, в верхней части заполненные глиной

Параметры удерживающих сооружений определяют расчетом на опрокидывание и сдвиг. При этом принимают коэффициент устойчивости склонов с небольшой глубиной смещения Куст=1,3; при значительной К_уст = 1,5, в грунтах с подземными водами К_уст = 1,5 для любой глубины смещения.

Выбор ответственных удерживающих сооружений и их конструктивное решение обосновывают технико-экономическими расчетами.

Подпорные стенки из армированного грунта представляют собой крупные массивы из слоев грунта, проложенных тонкими металлическими полосами, способными выдержать большие внешние нагрузки. Вертикальную боковую поверхность стенки укрепляют бетонными неармированными плитами, а в некоторых случаях — металлом. Это удерживающее гравитационное сооружение, которое поставлено на устойчивое основание. Такой контрфорс оказывает сопротивление возникающим в склоне сдвигающим силам и обладает достаточной прочностью на опрокидывание и скольжение по контакту (или с захватом основания) и на скол внутри удерживающего сооружения.

Подпорные стенки с анкерами позволяют передавать усилия, испытываемые стенкой со стороны обратной засыпки, на достаточно прочную породу, залегающую вне оползня, с помощью анкерных оттяжек. Эти оттяжки могут быть предварительно напряженными или постепенно напрягающимися в процессе эксплуатации сооружения. Их устраивают из тросов, штанг или проволоки, заделывая с помощью специальных устройств в коренной грунт.

Решение о применении анкеров должно быть подкреплено статическим расчетом, экономическим обоснованием и техническими возможностями производства работ. Анкерному креплению нередко отдают предпочтение в тех случаях, когда хотят избежать устройства защитной стенки в выемках скальных пород, где ее возведение связано с применением ручного труда. При дилантактном поведении скального массива (увеличении объема пород в процессе деформации) необходимость в предварительном напряжении анкеров отпадает: из-за плотного сопряжения анкеров с породой в них возникают небольшие растягивающие напряжения.

Анкирование как способ укрепления склонов связано с большими затратами, значительная доля которых приходится на предохранение анкеров от коррозии, поэтому использование этого крепления ограничивают такими случаями, когда другие средства крепления неосуществимы.

Конструкции типа свай или шпонок применяют, когда устройство упорных сооружений нецелесообразно по планировочным или другим соображениям. Обычно сваи и шпонки ставят при глубине ожидаемой поверхности смещения в пределах 1,5-2,0 м, если консистенция и структура грунта исключает его движение между сваями или шпонками. В этом случае их установка в сочетании с организацией поверхностного стока и дренажа экономически целесообразней, чем контрфорсы.

Сваи или шпонки располагают в плане в шахматном порядке и заглубляют в несмещающийся грунт на глубину не менее 2 м. Их погружают в предварительно прорезанные на склоне или у его подножья скважины. Сваи делают чаще всего из бетона или железобетона, а шпонки из гидравлической извести, иногда используют металлические сваи.

В некоторых случаях стабилизации склонов достигают за счет свайных опор мостов или других сооружений, на трассе автомобильных дорог, в сочетании с защитой от подземных и поверхностных вод. Сваи, на которые опирают сооружение, закладывают ниже подошвы неустойчивых пород, заглубляя в коренной грунт, и рассчитывают на боковое давление этих грунтов.

Любые свайные устройства требуют тщательных расчетов на опрокидывание и срез, с учетом реальных параметров сопротивления грунта сдвигу. Шпонки рассчитывают только на срез.

Искусственные методы закрепления грунтов

Искусственные методы закрепления грунтов заключаются в изменении их свойств с целью увеличения прочности грунта.

Постоянное изменение свойств глинистых грунтов оползневого склона можно обеспечить обжигом при определенном термическом режиме или электрохимическим закреплением. В крупнопористых и трещиноватых породах с этой целью используют цементацию или битумизацию, а в водопроницаемых песках — силикатизацию, путем нагнетания растворов в трещины или специально созданные скважины.

Временного или обратимого изменения свойств грунтов достигают, используя замораживание, просушивание или электродренаж. Эти методы применяют для снижения чувствительности глинистых грунтов к действию воды или избыточному поровому давлению. Это делают на период строительства, с тем чтобы увеличить прочность грунтов при возведении противооползневых сооружений.

Методы используют, как правило, на ограниченных участках потенциально опасных и действующих оползневых склонов для создания подземных контрфорсов и инъекционных преград в виде водонепроницаемой завесы. В каждом конкретном случае стабилизация грунтов за счет изменения их свойств, требует специального обоснования. При этом учитывают эффективность и экономическую целесообразность методов.

Важнейшим мероприятием по укреплению склонов с действующими и возможными оползнями любого типа является организация поверхностного стока. Она способствует уменьшению веса неустойчивых масс и увеличению прочности грунтов, слагающих откосы. На склонах, где начались подвижки, особенно важно полностью отвести поверхностные воды с территории, прилегающей к склону, чтобы исключить возможность их инфильтрации в образовавшиеся трещины.

Отвод поверхностных вод предусматривают на прилегающей территории и непосредственно на оползневом склоне.

На прилегающей к склону территории дождевые и талые воды с площади водосбора перехватывают открытой или закрытой системой водоотвода в зависимости от назначения территории и характера рельефа. Специфическими требованиями к организации водоотвода в этих условиях будут следующие. Во-первых, закрытые коллекторы и открытые лотки располагают на таком расстоянии от оползневого откоса, которое исключает возможность насыщения водой грунтов склона в случае нарушения систем в процессе эксплуатации. Во-вторых, при использовании открытой системы водоотвода принимают меры против инфильтрации в грунт вод из лотков и канав. С этой целью проектируют такие одежды, которые полностью защищают стенки и дно от инфильтрации. В-третьих, сброс ливневых вод осуществляют, как правило, вне защищаемой территории.

На оползневом склоне отвод поверхностных вод обеспечивают планировкой откоса, устройством лотков и канав, которые прокладывают на склоне с таким расчетом, чтобы его поверхность расчленялась на небольшие площадки. Это дает возможность сократить путь стекания воды по склону и обеспечить минимальную инфильтрацию поверхностных вод в грунт.

Предварительно производят планировку склона, придавая ему устойчивое очертание и обеспечивая отвод поверхностных вод равномерным потоком без размыва откоса и застоя воды. Для уменьшения инфильтрации при стекании воды по откосу нередко его засевают травами, покрывают дерном или асфальтом. Применяют также торкретбетон, бетонную облицовку и другие одежды, которые одновременно защищают откос от ветровой эрозии.

На склоне проектируют сеть магистральных (водоотводящих) и водосборных лотков. Первые трассируют поперек склона, вторые — вдоль, с учетом рельефа, обычно у подошвы спланированного откоса или на бермах склона. Наиболее целесообразной конструкцией магистральных лотков на оползневых склонах является телескопический лоток, а водосборных — монолитные бетонные, которые устраивают с применением передвижной опалубки. Сброс воды из магистральных и водосборных лотков предусматривают в ливневую канализацию или специально отведенные места.

Рассмотренные методы организации поверхностного стока особенно эффективны в стабилизации оползневого склона, если их сочетают с подземными дренажными устройствами, перехватывающими грунтовые воды.