способ стабилизации оползня

Формула изобретения

Способ стабилизации оползня, включающий заглубление в устойчивый грунт ряда свай, отличающийся тем, что буронабивные сваи забуривают горизонтально под углом друг к другу 90° в два ряда друг над другом и в шахматном порядке на оползневом склоне или откосе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к закреплению оползней свайными конструкциями. 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 способы устройства свайных конструкций, используемых для стабилизации оползней. Основной принцип этих способов заключается в том, 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 забуриваются перпендикулярно откосам в тело насыпей.

В изобретении (пат. РФ № 1206386, МПК E02D 5/30, 1986) вертикальный ствол сваи в наконечнике усилен ярусами консольных опорных пластин; в изобретении (пат. РФ № 1418420, МПК E02D 29/02, 1988) 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 (пат. РФ № 2224069, МПК E02D 29/02, 2004), в котором также предложено бурение вертикальных свай, объединенных ростверком, разворачивающиеся в смещающемся грунте окрылки, ограничивающие проход между сваями. В изобретении (пат. 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 (пат. РФ № 2194822, МПК E02D 3/11, 2002). Эти сваи работают на выдергивание, поэтому они армируются. В качестве прототипа принято изобретение по патенту РФ № 1744201.

Описанные выше изобретения и известные из литературных источников решения имеют следующие недостатки:

1. Во всех рассмотренных способах основным конструктивным элементом является вертикальная свая, нижний конец которой размещается 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 трех 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 изобретения 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, в способе стабилизации оползня, включающем заглубление в устойчивый грунт ряда свай, согласно изобретению, буронабивные сваи забуриваются горизонтально под углом друг к другу 90 градусов в два ряда друг над другом и в шахматном порядке на оползневом склоне или откосе.

В данном способе концы свай, защемленные в грунте, не только заставляют его работать на срез, но и сжимают устойчивый грунт между собой, передавая на него нормальные напряжения. В этом случае значительно бóльшая часть оползневого давления передается на устойчивый грунт, при этом сваи, размещенные под углом оптимально 45 градусов к фронту оползня, охватывают большой объем грунта.

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 Н, очень жесткой пары соединенных свай 305 Н, смещение пластилина между раздельными, рассмотренными в заявке сваями - 450 Н. (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 следует располагать в два горизонтальных ряда один над другим с расстоянием между осями по вертикали, равным трем диаметрам. 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.

Источники информации

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.