КОМПОЗИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ФУНДАМЕНТОВ

"Основание, фундаменты и механика грунтов" - 1997, №5 

КОМПОЗИТНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ФУНДАМЕНТОВ
И РУКАВНО-ТОРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ

(продолжение)

© ГОЛЬДФЕЛЬД И.З.

В начало

Гибкие материалы для КЭФ при погружении работают под давлением воздуха или иного наполнителя и, в свою очередь, передают давление окружающему грунту. Растворное молоко пропитывает как сами материалы, так и окружающий грунт. После твердения растворной части материалы и грунт изменяют свои свойства: оболочка —обсадка и стенки вмещающей выработки упрочняются и лучше сопротивляются раздиру - растяжению от трения системы «обсадка - грунт». В несущих пневмоэлементах наземных ПК избыточное давление воздуха составляет 0,03...0,5 MПа, а в КЭФ-конструкциях давление смесевого наполнителя достигает 10. .30 МПа. Такое высокое давление необходимо для уплотнения грунтов выработок.
Оболочки для КЭФ следует рассчитывать с учетом больших деформаций материалов оболочек и окружающего грунта, что требует привлечения нелинейных уравнении равновесия и деформаций. Усюкии В.И. [6] выделяет три схемы расчета оболочек: 1) нерастяжимые; 2) с малыми деформациями; 3) с большими деформациями.
Расчет оболочек с малыми деформациями ведется на основе линейных физических соотношений и уравнений в форме приращений. Такой подход позволяет линеаризовать нелинейные


соотношения. Он родственен теории линейно-деформируемых тел. в которых можно учесть совместную работу обсадки оболочек и грунта основания КЭФ.
Примерами реализации КЭФ-конструкций и РТ-технологии на конкретных объектах строительства являются: 1) устройство антифильтрационных завес (см. рис.4); 2) уплотнение грунтов и расширение выработок; 3) прокладка магистральных трубопроводов.
Антифильтрационная завеса
(АФЗ) [5] может быть полупроницаемой и адсорбционной. Лента выполняется из техноткани, резины или их комбинаций. Герметичная завеса имеет пленочные ленты и пластиковый полозок.
В массиве АФЗ устраивается путем образования ними, последующего погружения лент, вдавливания по бокам лент стержней со стягиванием их стыковыми накладками. Для повышения герметичности в центральное отверстие полозка нагнетают под давлением мастику — гель или твердеющий пластичный состав. Возможно наклонное или горизонтальное размещение АФЗ (например, погружением из траншеи в природном массиве, а в техногенном - укладкой по слоям при отсыпке или намыве). Грунты должны быть малопрочными и не содержать строительных включений. Прочные грунты -морена, сухие лессы, мерзлые грунты требуют лидерного щелеобразования, например, прорезки щелерезом или канатными пилами.
В зависимости от основной функции защиты (герметизирующей, сорбирующей, разделяющей, армирующей) ленты делают одно-, двух-. трехслойными из разных материалов, в том числе грунтовых и органических смесей (сапропеля, торфа). В этом случае различают ядро и защитные обкладки, а сама конструкция становится «сэндвичем». Пленочные завесы выдерживают напор газов до 0.05...0,15 МПа, а воды — до 0,3 МПа. В пленках предусматриваются компенсационные складки шириной 0,05...0,08 общей ширины завесы.
В морозоопасном слое грунта пленки делают из полиэтилена, ниже глубины промерзания — из ПВХ как более раздиростойкого материала. По возможности надо избегать контактов пленок с нефтебитумными мастиками. Ширина погружаемых лент зависит от прочности грунта, ширины материала и составляет 0,6...2 м. Толщина лент 0.4...2 см, ширина щели 3...5 см, глубина 4...20 м.
Изоляционные работы из рулонно-пленочных настилов под плитами, за стенами и под кровлей подземных сооружений, каналов, дна водоемов, чаш фонтанов требуют уплотнения по всей площади. С этой целью вместо обычных «жестких» катков удобнее применять катки в виде тороидного барабана [7]. Тороид изготовлен из герметичного по воздуху (воде) конфекционного материна. Грузом служит закаченная между слоями тороида жидкость или смесь-пульпа, находящаяся под давлением. Барабан перемещают дышлом, расположенным по оси тороида (рис.5).
Чтобы устранить проколы барабана острыми частицами грунта или включениями строительного мусора, тороид покрывают бесконечными лептами-чехлами из кольчуги или СВМ-волокон типа «кевлара». Удельное давление катка регулируют весом смеси, добавлением грузов-пластин в карманы чехлов или шаров внутрь полости дышла. Укатка больших площадей катком-тороидом не требует разворотов: достаточно качения вдоль и перекатывания поперек движения.
Каток может уплотнять грунты сложного профиля. Он позволяет также расширять грунтовые скважины для набивных свай, дорожных футляров и дюкеров под дном водоемов; разрушать старые бетонные и каменные конструкции, скалу при устройстве горных дорог путем образования лидерных шпуров и создания в них больших давлений тонкими тороидами.
Универсальность РТ-технологии покажем на примере прокладки магистрального газопровода в слабых (болотистых, обводненных, сыпучих) грунтах без копки траншеи [8].
Трудность прокладки газопровода в слабых грунтах состоит в самой копке траншеи, когда грунт налипает на ковше экскаватора или ленте траншеекопателя. Кроме того, оставленная на короткое время траншеи оплывает (осыпается) и требует повторной зачистки или даже копки, что приводит к удорожанию строительства.
Бестраншейная прокладка газопровода с помощью КЭФ-конструкций анкеров состоит в следующем. На поверхности по оси трассы газо-прокола прорезают три щели глубиной 0,7...1 м от глубины проектного заложения трубы газопровода (рис.6). В среднюю щель устанавливают желоба в форме клина с шагом, диктуемым прочностью грунта и изгибной жесткостью трубы. На желоба как опоры укладывают изолированную трубу и крепят ее к желобам технотканевыми поясами-лентами. Пояса в виде лент не вовреждают изоляцию и обеспечивают распределение удерживающей нагрузки от желобов уже как анкеры при выталкивании трубы грунтовой водой.
Внутри трубы собирают балластировочную плеть из грузов, подвижно соединенных между собой и с барабаном тяговой лебедки. Масса грузов совместно с трубой на 1 м длины трассы должна превышать прочность грунта основания на 1 м длины трассы. Щели по бокам трубопровода служат плоскостями скольжения призм выпора. Погружение облегчается вибровоздействием. В качестве плети с грузами можно использовать набор тороидов, наполненных фиброармированной грунтосмесью, или чугунные чушки.
Последнее решение было разработано сотрудниками сектора КЭФ НИИОСП совместно с представителями бывшего «Интергазстроя» и опробовано на натурном фрагменте силами ВНИИСТ (пос. Раменское Моск. обл.).

Выводы

1. КЭФ-конструкции и РТ-технологии являются универсальным, новым и эффективным направлением в фундаментостроении.
2. Для основных этапов РТ-технологии необходимо проработать схемы организации работ, а для КЭФ-конструкцнй — методы расчета, учитывающие свойства гибких материалов и различных грунтов на основных этапах работ.
3. Следует изучить поведение грунтов при больших напряжениях - деформациях, параметры фильтрации смесей разных составов через разные техноткани; особое внимание уделить созданию рецептур растворов высокой подвижности и уточнению трения пар «тсхноткань - грунт».
4. В НИИОСПе имеется достаточный задел по конструктивным решениям КЭФ и технологическим приемам РТ применительно к используемому общестроительному оборудованию.

Список литературы

1. Джоунс К.Д. Сооружения из армированного грунта (пер. с англ.).-М.:Стройиздат, 1989 - 279 с.
2. Казарновский В.Д. Синтетические текстильные материалы в транспортном строительстве.-М.: Транспорт. 1984-159 с.
3. Петров П. Мешок изобретений в мешке (paзpaботка Р.3. Кожевникова)// Техника молодежи.-1974 -№10-С 14-16.
4. А.с. №1388654, МКИ F 161. 1/02. Анкерная система трубопровода / И.З. Гольдфсльд, К.А Батыров// Открытия. Изобретения -1988 - №14.
5. Goldfeld I. Antifiltration screen preventing penetration of ground waters and chemical sewages: Proc. Of the X Danube - European conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. V.4.-Bucharest. 1995 –Pp 807-814.
6. Усюкин В.И. Техническая теория мягких оболочек и ее применение для расчетов пневматических конструкций// Пневматические строительные конструкции (под ред. В.В. Ермолова) -М : Стройиздат. 1983.- С. 299-333
7. Патент РФ № 2079596, МКИ Е 01 С 19/27. Каток/ И.З.Гольдфельл// Открытия. Изобретения.-1997.- №14.
8. A.c. №1652726. МКИ F 16 L 1/028. Способ подземной прокладки магистрального трубопровода в слабом грунте/ И.З. Гольдфельл, К.А. Батыров, Р.С. Зиангиров//Открытия. Изобретения.-1991.-№20.