Ускорение консолидации слабых грунтов

Автор А.П. Фомин, к.т.н., зав. отделом, С.Н. Щукин, к.т.н., зам. зав. отделом (ФАУ «РОСДОРНИИ»)

При строительстве автомобильных дорог на слабых основаниях возникает задача ускорения консолидации слабых грунтов для обеспечения требуемых ее сроков, гарантирующих надежное функционирование дорожной конструкции.

Для этого может быть использовано решение по вертикальному дренированию грунтов как альтернатива замене слагающих основание насыпи грунтов или других, более дорогостоящих и менее технологичных решений. В практике строительства вертикальное дренирование выполняется путем устройства песчаных дрен, ленточных дрен из нетканых материалов. В то же время в международной практике, в том числе отечественной, находят применение более эффективные современные композиционные геодрены повышенной водопроницаемости, регламентация применения которых в действующих документах технического регулирования до последнего времени отсутствовала.

Композиционные ленточные геодрены представляют собой разновидность геосинтетических материалов, поставляемых в виде свернутых в рулоны (бухты) лент длиной 150–300 м и шириной около 100 мм. Повышенная водопроницаемость вдоль ленты, на порядок превышающая водопроницаемость песчаных дрен или дрен из нетканых геотекстильных материалов, определяется особенностями структуры. Композиционные геодрены состоят из сердечника, формирующего объемную структуру и обеспечивающего пропуск воды вдоль ленты и расположенной вокруг сердечника внешней оболочки из нетканого геотекстильного материала, выполняющего функции фильтра. Общая схема геодрены, возможные варианты ее поперечного сечения представлены на рисунках 1, 2.

Ленточные геодрены устанавливаются вертикально по квадратной или гексагональной сетке в плане при межосевом расстоянии, определяемом расчетом (обычно 1,0–3,0 м), что позволяет сократить путь фильтрации воды с ее отжатием в вертикальном направлении. Достижение требуемой степени консолидации в связи с этим обеспечивается в существенно более сжатые сроки. При этом в средних условиях две­три геодрены заменяют одну песчаную дрену диаметром 0,4–0,5 м, создаваемую из песка с минимально необходимым коэффициентом фильтрации 6 м/сутки.

Такая технология вертикального дренирования слабых грунтов регламентирована разработанным в рамках плана НИОКР Росавтодора проектом документа – ОДМ «Рекомендации по применению современных многослойных композиционных ленточных дрен при возведении насыпей на слабых основаниях». Рациональные условия применения технологии:

• наличие органических или минеральных водонасыщенных слабых грунтов в основании насыпи с коэффициентом фильтрации в диапазоне от 1·10–5 м/сутки до 0,5 м/сутки при показателе текучести не ниже 0,75 (для глинистых грунтов), коэффициенте водонасыщения не ниже 0,8 (для несвязных грунтов), влажности не ниже 600% (для торфяных грунтов);
• мощность толщи осушаемых слабых грунтов – в диапазоне от 5 м до 40 м;
• интенсивность осадки основания под весом насыпи или ее величина в отношении конечной расчетной осадки не соответствует нормируемым требованиям на момент устройства покрытия дорожной одежды;
• устойчивость насыпи обеспечивается или обеспечивается при регулируемом (медленном) режиме ее возведения (типы основания по степени устойчивости I, II); при необеспеченной устойчивости (тип III основания) вертикальное дренирование геодренами может применяться для предварительной консолидации в сочетании с другими конструктивными решениями, направленными на повышение устойчивости (изменение геометрии насыпи, устройство армирующих прослоек из геосинтетических материалов).

При вертикальном дренировании применяют один из следующих типов конструктивных решений (рис. 3):

• решение по типу 1, рис. 3а – основное конструктивное решение, предусматривающее применение геодрен с консолидацией под весом насыпи проектной высоты;
• решение по типу 2, рис. 3б – дополнительное конструктивное решение, принимаемое в случае, когда получаемые критерии консолидации основания при применении решения по типу 1 не соответствуют требуемым; решение предполагает создание дополнительной пригрузки за счет отсыпки временной насыпи до назначаемой по расчету величины, превышающей проектную;
• решение по типу 3, рис. 3в – дополнительное конструктивное решение, применяемое при отсутствии возможности или технико­экономической нецелесообразности применения решения по типу 2; решение предусматривает создание отрицательного давления в вертикальном дренаже с применением метода вакуумирования; в этом случае нижний слой насыпи перекрывается водонепроницаемым слоем геосинтетического материала (геомембраной) или соединение геодрены и вакуумной установки осуществляется с помощью полимерных труб; практически достигаемое максимальное значение отрицательного давления составляет 60–80 кПа, что эквивалентно созданию временной пригрузки в конструктивном решении по типу 2 толщиной 4,0–5,5 м.

Для погружения ленточных геодрен используют, как правило, статический способ (продавливание обсадной трубы с заправленной в нее геодреной), а в случае наличия в пределах слабой толщи плотных грунтов применяют динамический способ (вибрационный, ударный) или сочетают статический способ с бурением пионерных скважин. В качестве буровой машины может использоваться любая гусеничная техника с гидравлическим приводом, например, экскаватор, параметры которого, прежде всего эксплуатационный вес, усилие погружения обсадной трубы, мощность двигателя, подобраны в зависимости от мощности слабой толщи и механических свойств слагающих ее грунтов. Погружение выполняют с отсыпаемой рабочей платформы (песчаный слой на геотекстильном материале), толщина которой превышает величину прогнозируемой осадки, но не менее 0,7–1,0 м.

Журнал «Автомобильные дороги» № 6(1003) Июнь, 2015