АРМОГРУНТОВЫЕ  ПОДПОРНЫЕ  СТЕНЫ  В  ДОРОЖНОМ  СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Антонов  Антон  Вячеславович

студент  5  курса,  кафедра  Автомобильных  дорог  КГАСУ,  РФ,  г.  Казань

E-mail: 

Губаев  Ринат  Гарифуллович

научный  руководитель,  доцент  КГАСУ,  РФ,  г.  Казань

Основные  принципы  армирования  грунта  использовались  человечеством  с  давнего  времени.  Современный  тип  армирования  грунта  был  разработан  в  60-х  годах.  Идея  состояла  в  создании  композитного  материала,  образуемого  плоскими  армирующими  полосами,  которые  укладываются  горизонтально  в  грунт,  обладающий  определенным  трением.  Этому  материалу  присвоили  название  «армированный  грунт»,  термин,  который,  стал  общепризнанным  во  многих  странах.  Он  используется  по  отношению  ко  всем  типам  армирования  грунта  или  грунтовых  сооружений.

Сооружения  из  армированного  грунта  с  вертикальной  стенкой  проектируются  в  соответствии  с  принципами  механики  грунтов. 

Анализ  обычно  выполняется  в  двух  аспектах.

Внутренний  анализ  охватывает  все  вопросы,  связанные  с  механизмом  внутреннего  состояния:

определение  напряжений  в  сооружении,  расположение  арматуры,  надежность  арматуры  и  свойства  обратной  засыпки.  При  проектировании  необходимо  учитывать,  что  внутренний  анализ  существенно  связан  с  механизмом  адгезионного  разрушения  и  разрыва  (рис.  1).

Рисунок  1.  а)  Прочность  анкировки,  б)  Прочность  армоэлемента

Внешний  анализ  связан  с  общей  устойчивостью  сооружения  из  армированного  грунта  как  целого,  включая  разрушение  от  сдвигах  самого  сооружения.  Механизмы  разрушения  такого  характера  показаны  на  рис.  2. 

Рисунок  2.  Механизмы  разрушения  армогрунтового  сооружения

Кроме  того,  должны  учитываться  напряжения,  возникающие  в  сооружении  из  армированного  грунта  при  воздействии  особых  внешних  условий,  таких,  как  ползучесть  грунта  основания  (рис.  3).

Рисунок  3.  Механизм  ползучести  грунта  сооружения

Общая  устойчивость  сооружения  из  армированного  грунта  обычно  рассматривается  таким  же  образом,  как  в  случае  грунтовых  массивов  или  традиционных  подпорных  сооружений.  Оценка  устойчивости  для  всех  механизмов  разрушения  осуществляется  относительно:

·     поступательного  перемещения  по  основанию; 

·     потери  несущей  способности  грунта  под  подошвой 

·     образования  кругло  цилиндрической  поверхности  обрушения.

В  случаях,  когда  основание  сооружений  представлено  достаточно  прочными  грунтами,  такой  подход  оказывается  приемлемым,  но  для  малопрочных  грунтов  присущая  массиву  из  армированного  грунта  способность  стабилизировать  слабое  основание  не  реализуется.  При  таких  обстоятельствах  требуется  более  реалистичный  подход  к  проблеме  устойчивости.  Следовательно,  при  рассмотрении  общей  устойчивости,  наряду  с  напряжениями  сдвига  и  мобилизируемой  прочностью  грунтов  основания,  дополнительно  учитываются  характеристики  полной  осадки  грунтового  сооружения  и  любой  удерживаемой  им  насыпи  [1].

Основными  достоинствами  грунтовых  сооружений  являются  их  принципиальная  простота,  легкость  возведения,  снижение  стоимости  строительства.  Признанию  и  распространению  конструкций  из  армированного  грунта  способствовали  технический  и  коммерческий  успех  их  практического  использования.  Применение  различных  материалов  связано  с  совершенствованием  грунтовых  сооружений. 

Армогрунт  —  это  композитный  материал,  в  котором  арматура  перераспределяет  усилия  растяжения-сжатия  на  грунтовый  блок  и  снижает  его  деформативность

В  последнее  время  получили  широкое  распространение  сооружения  из  армированного  грунта,  такие  как  устои  мостов  и  подпорные  стены. 

Подпорные  стены  из  армированного  грунта  характеризуются  экономичностью  и  простотой  возведения,  причем  эффективность  их  возрастает  с  увеличением  высоты.  Армгорунтовые  стены  представляют  собой  относительно  жесткую  структуру,  что  делает  их  менее  чувствительными  к  осадкам  основания. 

Такие  подпорные  стены  лучше  приспособлены  к  неравномерным  осадкам,  лучше  компенсируют  температурные  и  усадочные  напряжения,  отлично  справляются  с  различными  видами  динамических  нагрузок. 

Имеются  различные  технологии  и  материалы  для  возведения  подпорных  стен  мостовые  устои.  Наиболее  эффективной  из  них  является  армогрунтовая  система  Тенсар  TW1.  (рис.  4).

Рисунок  4.  Подпорная  стена  армогрунтовой  системы  Тенсар  TW 1.  на  подходах  к  путепроводу

Эта  технология  заключается  в  армировании  грунта  и  создании  механически  стабилизированного  слоя  (МСС)  с  использованием  одноосных  георешеток 

Сталкиваясь  с  проблемой  максимального  использования  полезной  площади  землеотвода  в  условиях  сложного  рельефа  и  неоднородных  грунтов,  часто  приходится  оказываться  перед  выбором  типа  подпорной  конструкции.

Вариантов  немало  —  сборные  или  монолитные  железобетонные  сооружения,  габионы,  шпунтовые  стены,  кирпичная  кладка  и  др.

Армогрунтовая  система  Тенсар  TW1.  существенно  облегчат  этот  выбор.

Армогрунтовая  система  Тенсар  TW1  —  это  конструктивное  решение  для  возведения  подпорных  стен.  Данная  система  с  успехом  применяется  во  всем  мире  и  позволяет  экономить  до  50  %  стоимости  сооружения  по  сравнению  с  традиционными  методами  строительства  железобетонных  конструкций.

Применение  армогрунтовой  системs  Тенсар  особенно  необходимо  при; 

·     ограничении  полосы  отвода;

·     ограниченном  бюджете;

·     сжатых  сроках  строительства;

·     требования  ландшафтного  проектирования  и  архитектуры. 

Армогрунтовая  система  Тенсар  TW1  проста  в  монтаже  и  не  требует  привлечения  специалистов  по  сварочным  и  бетонным  работам,  а  кроме  того  позволяет  избежать  расходов,  связанных  с  выемкой  и  утилизацией  грунта.

Система  Тенсар  TWI  для  армирования  грунта  подпорных  стенок  и  устоев  мостов  включает:

·     модульный  бетонный  блок  TWI  облицовочных  элементов 

·     георешетки  Тенсар  RE 

·     полимерные  соединители 

·     заполнитель 

Модульный  бетонный  блок  TW1  облицовочных  элементов

Облицовочные  блоки  TW1  заводского  изготовления,  надежно  соединяясь  друг  с  другом,  создают  красивую,  ровную  поверхность.  Они  производятся  из  качественного  сырья  и  делают  доступными  различные  варианты  цветов  и  фактур,  а  для  достижения  архитектурного  эффекта  может  быть  выполнена  дополнительная  декоративная  отделка  кирпичом  или  природным  камнем. 

Рисунок  5.  Модульный  бетонный  блок  TW1

Облицовочные  элементы  изготавливаются  в  пресс-машинах  методом  вибрационного  уплотнения  полужесткой  бетонной  смеси  для  достижения  заданного  минимума  напряжения  сжатия,  абсорбции  воды  и  формы  блока.  Минимальная  прочность  бетона  на  сжатие  300  кг/см²  за  28  суток  и  содержание  цемента  не  менее  365  кг  на  м³  смеси.

Полученная  конструкция  долговечна  и  не  нуждается  в  последующем  обслуживании.

Бетонные  блоки  облицовки  формируют  лицевую  грань  с  углом  наклона  86°,  укладка  осуществляется  на  сухую,  без  применения  вяжущего  и  подъемных  механизмов.  Вес  блока  высотой  150мм  позволяет  осуществлять  его  установку  вручную  (рис.  6).  Их  особенная  геометрия  позволяет  вписывать  стены  в  наружные  и  внутренние  радиусы,  создавать  угол,  ступени  и  иные  требуемые  геометрические  формы. 

Рисунок  6.  Перенос  и  установка  модульных  облицовочных  блоков  TW 1

Георешетки  Тенсар  RE

Рисунок  7.  Георешетка  Тенсар  RE   c

Технология  производства  георешеток  Тенсар  RE  предусматривает  перфорирование  сплошного  листа  полипропилена  или  полиэтилена  с  дальнейшим  растяжением  в  продольном  и  поперечном  направлениях  под  воздействием  высокой  (свыше  120  °С)  температуры.  При  этом  хаотично  ориентированные  длинноцепные  молекулы  вытягиваются  в  упорядоченное  состояние  и  создают  прочные  связи.  Этот  технологический  процесс  существенно  повышает  жесткость  георешетки  при  растяжении,  задавая  необходимые  инженерные  свойства.

Полипропилен  высокой  прочности  или  полиэтилен,  используемый  для  производства  георешетки  Тенсар  RE,  обеспечивает:

·     неподверженность  воздействию  водных  растворов  кислот,  щелочей  и  солей,  также  дизельного  топлива  и  бензина  при  температуре  окружающей  среды;

·     невосприимчивость  к  гидролизу  и  растрескиванию  под  воздействием  окружающей  среды,  к  биологическому  разрушению;

·     полимеры  являются  материалом  стойким  к  ультрафиолетовому  излучению.

Полимерные  соединители

Соединение  облицовки  с  армированным  слоем  осуществляется  с  помощью  закладной  детали  —  Teнсар  коннектора  (Blue  connector)  (рис.  8),  надежно  фиксирующего  георешетку  в  пазе  нижнего  ряда  блоков.  В  отличие  от  фрикционного  защемления,  когда  облицовка  соединена  с  георешеткой  только  за  счет  силы  трения,  данный  вариант  не  ослабляет  монтажный  узел. 

Рисунок  8.  Teнсар  коннектора

Рисунок  9.  Полимерный  бодкин  Тенсар

Одноосные  георешетки  Тенсар  можно  легко  соединять  с  другими  конструктивными  элементами  полимерными  бодкины  Тенсар  (рис.  9),  для  соединения  одноосных  георешеток  обеспечивая  силовую  связь  используя  стыковые  накладки. 

Шарнирное  шпилечное  соединение  обеспечивает  такую  связь,  что  при  проектировании  не  требуется  использовать  специальный  понижающий  коэффициент  при  расчете  прочности  соединительного  узла.  Этот  универсальный  соединительный  элемент  может  использоваться:

для  соединения  главных  армоэлементов  укороченными  вставками;

для  минимизации  отходов  путем  соединения  частей  главного  армоэлемента;

Применительно  к  полосе  георешетки  Тенсар  RE,  уже  соединенной  бодкинами  использовать  подходящий  рычаг  для  натяжения  (грабли)  для  устранения  волн  или  провисаний  в  местах  соединения  непосредственно  перед  распределением  грунта  засыпки. 

Устойчивость  конструкции  достигается  благодаря  фрикционному  взаимодействию  и  запиранию  частиц  грунта  решетками  и  благодаря  соединению  георешетки  Тенсар  RE  с  облицовочными  элементами  (рис.  10).

Конструкция  подпорной  стенки  как  единого  целого  должна  гарантировать  адекватное  крепление  облицовочных  элементов  к  георешетке  Тенсар  RE,  а  также  обеспечить  локальную  поддержку  грунта  между  слоями  георешетки  облицовочными  элементами.

Рисунок  10.  Соединение  георешетки  с  модульными  блоками

Конструкция  армогрунтовой  стены  должна  быть  по  возможности  защищена  от  горизонтальных  ударных  нагрузок,  вызванных  возможным  столкновением  транспортного  средства  с  нижней  частью  подпорной  стенки.  Первый  горизонтальный  ряд  бетонных  блочных  элементов  должен  быть  уложен  точно  по  заданным  линии  и  уровню,  чтобы  избежать  ошибок  соединения  и  необходимости  выравнивания  построенной  стенки.  Особое  внимание  должно  быть  уделено  обеспечению  дренажа  стенки.

Величина  предела  длительной  прочности  (Tconn)  соединения  системы  стенок  (см.  табл.  1)  получена  из  серии  кратковременных  испытаний  в  соответствии  с  Руководством  по  конструированию  блочных  подпорных  стенок  Национальной  Ассоциации  по  кладке  из  мелких  бетонных  блоков  (Второе  издание,  1977)

Таблица  1.

Предел  длительной  прочности  соединения

Полученная  из  результатов  этих  тестов  эффективность  соединения,  выраженная  в  процентах,  была  использована  для  получения  предела  прочности  на  ползучесть  при  растяжении  до  разрыва  георешетки.

Для  оценки  общей  проектной  прочности  системы  подпорных  стенок  TW1  необходимо  рассмотреть,  как  проектную  прочность  решетки  T_Dgrid,  так  и  проектную  прочность  соединения  T_Dconn.

Проектная  прочность  решетки  T_Dgrid,  вычисляется  для  двух  состояний:  предельного  и  рабочего.

Предельное  состояние  по  проектной  прочности  соединения  должно  рассчитываться  по  формуле:

T_Dconn  =  T_{conn  /}  f_m  f_n  (1)

Во  всех  проектах,  использующих  систему  подпорных  стенок,  частичный  коэффициент  запаса  для  возможного  разрушения,  f_n  равен  1.1.

Частичные  коэффициенты  материала,  f_m   для  оценки  проектной  прочности  в  табл.  2.

Таблица  2.

Частичные  коэффициенты  материала

⁽¹⁾  Считается,  что  кратковременные  эффекты  повреждения  должны  быть  учтены  через  вычисление  величины  T_conn . 

⁽²⁾  Величина  1,05  берется  для  грунтов  с  кислотностью  pH  в  диапазоне  от  2  до  12

Расчетная  нагрузка,  которую  соединение  должно  выдерживать  T_j ,  рассчитываться  с  использованием  коэффициентов  нагрузки.  Минимальное  значение  коэффициента  нагрузки  должно  быть  1,5.  Во  всех  случаях  T_j  ≤  .T_Dconn.

При  использовании  и  установке  системы  подпорных  стенок  расчетная  долговечность  конструкции  укрепленного  грунта  может  достигать120  лет.

Совершенствование  конструктивных  решений  сооружений  с  использованием  армированного  грунта  позволяет  достигнуть  экономичных  результатов.  (таблица  3).

Рисунок  11.  Стена  из  монолитного  бетона  Армогрунтовая  подпорная  стена

Таблица  3.

Сравнение  вариантов  строительства  подпорной  стены

Список  литературы:

1.Джоунс  К.Д.  Сооружения  из  армированного  грунта  [Текст]  монография  /  К.Д.  Джоунс;  Пер.  с  англ.  В.С.  Забавина,  под  ред.  В.Г.  Мельника.  М.:  Стройиздат,  1989.  —  281  стр.