Значение строительства низконапорных сооружений на слабых грунтах

ЗНАЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА НИЗКОНАПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ

В работе рассматриваются вопросы строительства низконапорных сооружений на слабых грунтах в гидротехническом строительстве. Даны общие характеристики для низконапорных сооружений. Предложен способ (технологический прием) предотвращения негативных воздействий слабых грунтов на устойчивость основания сооружений.

Низконапорные сооружения, как бетонные, так и грунтовые, являются наиболее распространенным классом сооружений, и играют важную роль в управлении использования воды в различных отраслях экономики страны. В связи с быстрым темпом роста населения в условиях дефицита водных ресурсов и необходимостью обеспечения их устойчивыми водными ресурсами приходится строить новые гидротехнические сооружения в тех местах, какие ранее, с геологической точки зрения, считались непригодными для строительства гидротехнических сооружений.

Согласно существующего КМК [1], при проектировании основания гидротехнических сооружений должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие надежность, долговечность и экономичность сооружений на всех стадиях строительства. Поэтому проектируемые сооружения оцениваются этими условиями.

В этом плане наиболее рациональным решением является строительство низконапорных сооружений. Важными факторами строительства таких сооружений является то, что они не требуют высокой материалоемкости, трудоемкости и большой стоимости, и самое главное, независимо от назначения строительства сооружений, их можно построить в любых климатических, геологических и гидрологических условиях местности.

Тем не менее, в силу разных причин, сооружениям с такими преимуществами не уделяется достаточного внимания в плане проектирования и строительства сооружений на слабых грунтах в связи с отсутствием совершенных методов. Кроме того, строительство низконапорных сооружений снизилось в связи с отсутствием у большинства из них проектной и исполнительной документации. Поэтому проектируемые низконапорные сооружения являются очень необходимыми для управления использованием водных ресурсов, их роль трудно переоценить для территорий с аридным климатом. Существующие серьезные препятствия для строительства низконапорных сооружений - это наличие плывуна в основании сооружений, образующихся на слабых грунтах. Такой грунт подвержен текучести, характеризуется непрочностью, разжижается при существенных нагрузках и климатических изменениях. Чтобы проектировать или построить на плывуне фундамент необходимо учитывать множество различных факторов и показателей, следует провести детальное обследование участка, выбрать оптимальную конструкцию основания. Из-за недостаточности изученности свойств и характеристик плывуна, а также отсутствия методов расчета основания возведение сооружений на плывуне проектировщиками и строителями запрещено.

При наличии плывуна в основании гидротехнических сооружений, особенно для I-III классов, применены дорогостоящие технологические меры, в частности, удаление и замена слабого тела из основания, укрепление слабого основания шпунтами, свайными и кессонными фундаментами и т.д. Например, многие сооружения на территории республики построены примерно в середине XX-го века и сооружения, относящиеся к III классу: плотины Актепинского, Арнасайского, Карасуйского, Сабирсайского, Уч- кизылского, Шоркульского и Янгикурганского водохранилищ возведены именно на таких слабых грунтах. Для предотвращения негативных последствий слабых грунтов на сооружениях применены, относительно настоящих существующих условий, очень дорогие технологические меры.

А для IV класса сооружений такие технологические меры с экономической точки зрения оказались неприемлемыми. Поэтому в таких сложных инженерно-геологических условиях не строились низконапорные сооружения или, построенные без принятия достаточных мер, они разрушались. В таких случаях применение рационального выбора фундаментов является одним из главных этапов проектирования и строительства сооружений.

В связи с этим применение экономических и эффективных технологических приемов по подготовке оснований и устройству фундаментов низконапорных сооружений на сложных инженерно-геологических территориях, особенно на плывуне, в условиях отсутствия нормативных документов является весьма актуальным.

При проектировании сооружений часто встречаются такие тяжелые инженерно-геологические условия, которые распространены в дельтах, занимающихся огромные территории (рис. 1). Часто дельтовые отложения образуются на месте бывшего морского залива, в результате чего под их толщей залегают слабые грунты морского происхождения. Именно поэтому проблемы, связанные с использованием таких грунтов в качестве оснований сооружений весьма актуальны.

Рис. 1. Строительные площадки, сложенными грунтами основания

Так как в большинстве случаев строители старались использовать площадки, сложенные надежными грунтами, а площадки, сложенные слабыми грунтами, чаще всего признавались непригодными для строительства, в настоящее время необходимо провести глубокие и разносторонние исследования с целью изучения свойств этих грунтов.

Такая территория, сложенная со слабыми грунтами затрудняет оценку инженерно-геологических условий как фактора, влияющего на выбор фундамента. Вследствие многообразия грунтовых условий в основаниях большое количество вопросов по подготовке оснований и устройству фундаментов сооружений решено сложными и дорогостоящими технологическими приемами.

Стоимость работ по подготовке оснований и устройству фундаментов обычно составляет 15-20% от общей стоимости сооружения, однако при сложных грунтовых условиях она может превысить 25-30%. Если стоимость основания превышает 30% от общей стоимости сооружения, тогда проектируемые сооружения не рекомендуется к строительству.

Важным этапом при строительстве на слабых грунтах (на плывуне) является повышение устойчивости основания гидротехнических сооружений. В таких случаях иногда целесообразно искусственно улучшать свойства грунтов основания.

Существуют различные методы улучшения основания сооружений, которые можно разделить на три группы [2]::

а) конструктивные методы, направленные на создание более благоприятных условий работы грунтов как оснований путем применения шпунтового ограждения, армирование грунтов, замена и удаление слабых грунтов;

б) физико-механические методы (уплотнение грунтов), осуществляемые различными способами и направленные на уменьшение пористости грунтов, создание более плотной упаковки минеральных агрегатов;

в) физико-химические методы (закрепление грунтов), заключающиеся в образовании прочных искусственных структурных связей между минеральными частицами, т.е. цементация, химические и электрохимические способы, смолизация, термический метод, битумизация и глинизация. После закрепления грунты иногда превращаются в сравнительно прочную полу скальную породу.

Применяемые соответствующие методы строительства низконапорных сооружений на слабых грунтах обеспечивают и оценивают экономичность и эффективность проектируемого сооружения.

Исходя из вышеизложенных методов, для строительства низконапорных сооружений на плывуне наиболее приемлемым методом является конструктивный метод, который направлен на создание более благоприятных условий работы грунтов как оснований путем применения водонепроницаемого ограждения с использованием дешевых полимерных материалов (рис. 2). Водонепроницаемое ограждение применяется в том или ином видах, смотря как правильно укреплять основания сооружений.

Тем не менее, данный способ (технологический прием) для предотвращения от негативных воздействий основания сооружений имеет поверхностный характер. В дальнейшем требуется усовершенствование данного технологического приема для применения в основании сооружения, когда в составе грунтов плывун.

Список литературы

КМК 2.02.02-98. Основания гидротехнических сооружений. - Ташкент, 1998. - 126 с.

Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1981. - 319 с. УДК 624.45:620.193.4

Количество показов: 541