ПРОТИВООПОЛЗНЕВАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Полезная модель относится к строительству, в частности к свайным конструкциям, предназначенным для укрепления оползающих склонов и откосов. Оползни могут возникать на природных склонах (косогорах) и на откосах земляных сооружений насыпей и выемок. Смещение грунта в виде оползней возникает, когда сдвигающие силы превосходят силы удерживающие грунт. Оползневое смещение грунта происходит по поверхности скольжения, разделяющей сползающий и устойчивый массивы грунта.
Известны многочисленные варианты свайных конструкций, используемых для стабилизации оползней, принципиально устроенных таким образом, что одна часть сваи размещается в неподвижном грунте, а другая часть - в оползающем грунте. Это может быть одиночная свая, один или несколько рядов свай, расположенных фронтально движению оползня. Например, в работе авторов В.Д.Браславский, Ю.М.Львович, Л.В.Грицюк «Противооползневые конструкции на автомобильных дорогах» М.: Транспорт, 1985, 301 с. предлагаются свайные конструкции, состоящие из нескольких рядов вертикальных свай, объединенных ростверками в каждом ряду. В каждом ряде расположено две и более свай. Нижними концами сваи погружены в устойчивый массив грунта, а верхние части свай воспринимают лобовое давление сползающего грунта. Подобные конструкции в разных вариантах рассмотрены и в работах [1-3], а в работе «Железнодорожный путь» (Под ред. Т.Г.Яковлевой. - М.: Транспорт, 2001, с.368-377) рассматривается укрепление откосов земляного полотна сваями, которые расположены перпендикулярно откосам в тело насыпей.
В изобретении (патент РФ №1206386, МПК E02D 5/30, 1986) вертикальный ствол сваи в наконечнике усилен ярусами консольных опорных пластин; в изобретении (патент РФ №1418420, МПК E02D 29/02, 1088) для удержания слабых (мягкопластиных) грунтов вертикальные стойки свай размещены в ряду попарно и снабжены в оползающих слабых грунтах вертикальными раскрывающимися под давлением грунта плитами, которые задерживают сползающий грунт. Близкое к указанному выше является изобретение (патент РФ №22224069, МПК E02D 29/02, 2004), в котором также предложены в вертикальных буронабивных сваях, объединенных ростверком, разворачивающиеся в смещающемся грунте, окрылки, ограничивающие проход между сваями. В изобретении (патент РФ №1744201, МПК E02D 29/02, 1992) предложено головы свай, размещенных в оползне с помощью тяги прикреплять к сваям, в устойчивом грунте, за пределами оползня. Для укрепления вертикальных откосов глубоких котлованов применяют наклонные (корневые) сваи, расположенные фронтально предполагаемому смещению грунта и жестко соединенные с вертикальными сваями. В этих сваях создаются уширения взрывным или разрядно искровым способом (патент РФ №2194822, МПК E02D 29/02, 2002). Эти сваи работают на выдергивание, поэтому они армируются. В качестве прототипа принято техническое решение изложенное в патенте РФ №1744201.
Описанные выше изобретения и известные из литературных источников решения имеют следующие недостатки:
1. Основным конструктивным элементом является вертикальная свая, нижний конец которой размещен в устойчивом грунте, верхний - в сползающем. Свая удерживает сползающий грунт лобовым сечением, воспринимая действующий момент, а нижний конец сваи передает противоположный момент на устойчивый грунт, заставляя его работать на срез. Расстояние между сваями не должно превышать 3-х диаметров, чтобы грунт не продавливался между сваями. Таким образом, количество свай должно быть большим, чтобы они образовывали свайную стенку. Сваи должны армироваться, так как они работают на изгиб. Требуется большой расход бетона и металла.
2. Самораскрывающиеся вертикальные поворачивающиеся плиты (окрылки) в сползающем грунте и другие специальные дополнительные удерживающие грунт устройства увеличивают расхода металла, требуют проходку шурфов для их установки, сложны в изготовлении и в работе,
3. Наклонные сваи перпендикулярны фронту оползня, они обычно являются анкерами для вертикальных свай, они их усиливают, но не уменьшают количество в ряду, иногда они применяются без вертикальных свай.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение общего количества свай (свайного строительного материала - бетон, металл) с охватом большего объема сползающего грунта, упрощение конструкции в целом и упрощение производства работ при обеспечении надежной стабилизации оползня.
Технический результат достигается тем, что в противооползневом сооружении, включающем ряд заглубленных в устойчивый грунт свай, согласно полезной модели, сваи расположены горизонтально под углом друг к другу 90 градусов в два ряда друг над другом и в шахматном порядке на оползневом склоне или откосе.
На фиг.1. показано горизонтальное сечение оползня. Здесь обозначено: 1 - контур поверхности склона (откоса), 2 - контур линии скольжения в плане, 3 - пара свай в данной плоскости, 4 - проекция смещенной пары свай с верхнего уровня, 5 - схема действия сил на сваи в горизонтальной плоскости. Сваи буронабивные с защемлением в устойчивый грунт расположены попарно в разные стороны горизонтально или с минимальным уклоном (2-4‰), чтобы можно было залить цементный раствор самотеком. Грунт, оползая, защемляется между сваями, передает сдвигающую силу на боковые внутренние поверхности свай. Эта сила раскладывается на нормальные N к поверхностям свай и касательные К вдоль нее силы. При угле между сваями 90 градусов касательная сила, действующая вдоль одной сваи, является нормальной для другой сваи. Поэтому, уже при незначительном смещении грунта, на сваи в оползневой зоне будут действовать практически только нормальные давления, раздвигающие их и создающие горизонтальные моменты, которые в свою очередь вызовут противоположные горизонтальные моменты на защемленные концы свай, и защемленные концы свай должны сжимать устойчивый грунт. Таким образом, грунт будет испытывать сжимающие напряжения, а сваи - изгибающий момент максимальный в зоне поверхности скольжения. Если головы свай жестко соединить между собой, то нормальные силы, раздвигающие сваи, будут частично переданы на разрыв соединения. Сжимающий момент в устойчивом грунте будет уменьшен. При этом уменьшится изгибающий момент в сваях.
На фиг.2 показана проекция свай на сечение, нормальное смещению оползня. Здесь обозначено: 1 - дневная поверхность, 2 - линия скольжения, 3 - проекция свай, 4 - проекция свай смещенного ряда. Сползающий грунт, опирающийся на сваю сверху, создает вертикальный момент М. Поворачиваясь вниз (условно) в подвижном грунте, свая в неподвижном грунте создает противоположный момент, заставляя грунт сжиматься, но и работать на срез.
С целью проверки приведенных рассуждений в лабораторных условиях были испытаны модели свай. В качестве грунта использовался пластилин. Измерялось усилие смещение пластилина между плоскими сваями, расположенными под углом 45 градусов к вектору силы, усилие выдергивания пары свай разной жесткости, а также усилия выдергивания одной круглой сваи (сила приложена вдоль ее оси) с двумя уширениями диаметра, равными ширине плоской сваи. Усилия выдергивания составили: одной сваи - 102 H, очень гибкой пары соединенных свай 222 H, очень жесткой пары соединенных свай 305 H, смещение пластилина между раздельными, сваями - 450 H. (Уместно отметить известный всем бытовой опыт - гвоздь, забитый в доску перпендикулярно выдергивается значительно легче, чем забитый под углом).
Бурение горизонтальных свай осуществляется мотобурами, в том числе специальными для горизонтального бурения, диаметром до 200 мм и длиной до 4 м, а также «кротованием» по технологии «No dig» на неограниченную глубину. Если грунт в скважине при ее проходке обваливается, применяются, как обычно, обсадные трубы, которые извлекаются или оставляются в конструкции после заполнения скважины цементным раствором и установки арматуры. Угол 90 градусов между осями свай является оптимальным, при большем угле усложняется бурение, удлиняются скважины, при меньшем - уменьшаются моменты, сжимающие устойчивый грунт.
С целью усиления эффекта защемления грунта между сваями, парные сваи расположены в два горизонтальных ряда один над другим с расстоянием между осями по вертикали, равным 3 диаметра. Точное расположение свай обеспечивается применением кондуктора (специальных направляющих трубок). На оползневом откосе или склоне сваи располагаются в шахматном порядке. Фиг.3. Вид на оползень. Здесь обозначено: 1 - контур оползня, 2 - головы свай). При этом пересечение проекций свай на горизонтальную плоскость должно происходить в неустойчивом грунте.
Необходимо отметить, что в предлагаемом противооползневом сооружении бурение вертикальных свай не требуется. Эффект от использования данной конструкции заключается в том, что устойчивый грунт, в котором защемлены концы свай работает дополнительно на сжатие, воспринимая через защемленные концы свай часть оползневого давления, в результате чего исключается необходимость устройства вертикальных свай, увеличивается расстояние между сваями на поверхности оползня и в целом уменьшается объем свайного материала (металл, цементный раствор), упрощается производство работ.
Использованная литература.
1. Гинзбург Л.К. Противооползневые удерживающие конструкции. - М.: Стройиздат, 1979 - 80 с.
2. Грицюк Л.В. Обеспечение устойчивости земляного полотна применением буровых свай - М.: Союздорнии, 1971, с.157-161.
3. Львович Ю.М., Мотылев Ю.Л. Укрепление земляного полотна автомобильных дорог. - М: Транспорт, 1979. - 158 с.