Задать вопрос
Задать вопрос

Главная | Полезные материалы | «Гибкие сваи»: применение в дорожном строительстве и моделирование работы основания

«Гибкие сваи»: применение в дорожном строительстве и моделирование работы основания

Линейные объекты (ж/д и автодороги, ЛЭП, трубопроводы) предъявляют особые требования к прочности грунтовых оснований. Они должны не только выдерживать вес стоящих на них сооружений, но и иметь определённый запас прочности. Особенно актуален данный параметр для Северо-Западного региона России, чей грунт «славится» своей низкой несущей способностью и склонностью к деформациям.

Прочность или гибкость?

Изданное в 2004 году «Пособие по обустройству земляных подушек автодорог на грунтах с низкой несущей способностью» по сей день является одним из наиболее используемых рекомендательных документов при проектировании линейных сооружений. Многие способы, перечисленные в этом пособии, уже были рассмотрены на нашем сайте. Большинство из них берёт за основу геотекстиль, георешетки и другие современные геосинтетические материалы. Некоторые методы укрепления базируются на применении жёстких свай. Как бы там ни было, цель у всех манипуляций подобного рода одна: получить надёжное основание, которое не будет давать усадки даже по прошествии нескольких десятилетий. Рассматриваемый в настоящей статье метод укрепления оснований примечателен тем, что сочетает в себе и сваи, и геосинтетику.

Сваи с гибким геосинтетическим ростверком — относительно молодая для России конструкция, постепенно отвоёвывающая позиции у других методов укрепления. Она прекрасно сочетает в себе прочность и гибкость, в связи с чем хорошо подходит для подходных насыпей, отличающихся высокими динамическими нагрузками и строжайшими требованиями к осадке. Используются «гибкие сваи» и при строительстве линейных объектов большой протяжённости. Одним из последних крупных проектов в РФ, в ходе которого применялся данный метод, была скоростная автомагистраль М11 (Москва — Петербург).

Усиление основания, армированного геосинтетикой, линейными и точечными несущими элементами

Усиление основания, армированного геосинтетикой, линейными и точечными несущими элементами

Несущие элементы и схема их расположения

В качестве несущих элементов при возведении «гибких свай» могут использоваться следующие конструкции:

  • классические забивные колонны из железобетона;
  • грунтоцементные сваи, образованные методом «jet grouting» или «deep soil mixing»;
  • песчаные колонны в оболочке из геотекстиля.

Подбор несущих элементов и схема их расположения определяется инженерами индивидуально с оглядкой на структуру возводимого объекта и свойства грунта. Широкое распространение в Северо-Западном регионе РФ получили прямоугольная и треугольная схемы размещения несущих свай.

Применение геотекстиля при образовании геосинтетического ростверка

С растущей конкуренцией на рынке геосинтетики и планомерным удешевлением тканого геотекстиля в России, данный материал получил широкое распространение при обустройстве «гибких свай». Ранее для этих же целей использовались георешетки, прочностный показатель которых лежит в диапазоне 22-30 кН/м. Однако их применение требовало значительно меньшего отступа между сваями, делая строительство экономически нецелесообразным. С появлением на рынке недорогого тканого геотекстиля ситуация коренным образом изменилась.

Технология производства тканого геотекстиля очень проста: множество полиэфирных нитей переплетается между собой, образуя прочную, устойчивую к растяжению и деформациям структуру. За счёт взаимно перпендикулярного расположения волокон данный материал обладает высокой прочностью на разрыв. При этом он остаётся водопроницаемым, что делает возможным его применение во многих отраслях, в том числе и в дорожно-строительной.

Расчётные параметры, учитываемые при обустройстве «гибких свай»:

  • коэффициент прочности основания;
  • расчётная нагрузка на каждую сваю;
  • коэффициент удлинения геосинтетического ростверка в зависимости от приложенных к нему растягивающих усилий;
  • показатель устойчивости насыпи при её сдвиге по ростверку.

На основе данных значений определяется тип геосинтетического материала и число образуемых им армирующих слоёв.

Моделирование работы армирующей конструкции, использующей технологию «гибких свай»

Хоть описываемая в данной статье укрепляющая конструкция и относительно проста в реализации, моделирование её работы представляет собой нетривиальную задачу. На сегодняшний день представлено всего три эффективных методики расчёта. Одна из них описана в российском «Пособии по обустройству земляных подушек автодорог на грунтах с низкой несущей способностью», другая — в немецкой методике EBGEO. Третья регламентирована стандартом BS 8006 - 1:2010, принятом в Великобритании.

Каждая методика имеет свои отличия и применима к определённым ситуациям. У каждой из них есть сильные и слабые стороны.

Российская методика

Впервые была предложена профессором Казарновским и за время своего существования претерпела ряд изменений и усовершенствований. Тем не менее, на сегодняшний день она так и не имеет внятного объяснения возникновения арочного эффекта, а также даёт завышенные показатели удлинения геотекстиля.

Немецкая методика

Данный метод моделирования работы армирующих конструкций позволяет довольно точно рассчитать силы, воздействующие на геосинтетический материал в поперечном и продольном направлениях. В отличие от отечественного метода, он довольно чётко объясняет феномен арочного эффекта. Однако есть один нюанс: все расчёты актуальны лишь при использовании геосинтетиков с прочностью от 30 кН/м и выше.

Британская методика

Данный метод единственный, который в полной мере учитывает все нюансы применения технологии «гибких свай». Однако при моделировании работы грунтового основания с его помощью следует учитывать, что распределение напряжений никак не зависит ни от прочности ростверка, ни от характеристик грунта.

Существует ещё польский стандарт моделирования работы укреплённого основания. Однако точным его назвать нельзя: приведённые предельные значения растяжения геотекстиля слишком уж велики и едва ли будут достигнуты на практике.

По объективным причинам польская, немецкая и британская методики моделирования работы оснований не сертифицированы в России. Расчётные данные, полученные с их помощью, попросту не будут приняты экспертизой. Но дорожно-строительные инженеры нашли способ рассчитывать нагрузки, воздействующие на геосинтетические материалы. Они производят все расчёты по немецкой EBGEO, после чего полученные результаты стандартизуют под российский КЦПС с оглядкой на тип свай и прочностные характеристики ростверка из геосинтетики.

Данные, полученные в результате аналитических расчётов, сравниваются с числовыми значениями, полученными при помощи геотехнического моделирования (2D и 3D).

Преимущества численного моделирования

Данный метод моделирования является самым точным, так как позволяет без малейших погрешностей учесть все исходные данные, касающиеся геометрии объекта. С его помощью можно рассчитать работу свай при нагрузках, их упругость, определить запас прочности каждого отдельного элемента и всей конструкции в целом. Программное обеспечение, стоящее на вооружении у современных проектировщиков, отлично подготовлено для расчёта нагрузок, которым подвергаются геосетки, тканый геотекстиль и другие геосинтетики. Для этой цели используется специальный элемент, чаще всего называемый «Grid».

Кривая средних значений испытаний дорожной геосетки на основе полиэфирных нитей на разрыв (паспортная прочность 110 кН/м)

Кривая средних значений испытаний дорожной геосетки на основе полиэфирных нитей на разрыв (паспортная прочность 110 кН/м)

При использовании программы компьютерного моделирования следует учитывать, что деформативность любого геосинтетического материала определяется параметром ЕА (жёсткостью в спокойном состоянии). Подставлять в расчётные формулы параметр жёсткости на разрыв нельзя, ибо в таком случае геосинтетика, укрепляющая насыпь, будет функционировать на пределе своих возможностей без какого-либо запаса.

Используя описанные в данной статье методы, можно с высокой точностью смоделировать работу основания любого линейного сооружения и рассчитать его реакцию на прилагаемые нагрузки.


Возврат к списку


Акции Сотрудничество с «Гео-Альянс»

Бесплатные консультации по вопросам применения георешетки и геотекстиля
Новости
1 Декабря 2016 Компания «Гео-Альянс» включена в справочник медиа-корпорации «Держава»

Компания «Гео-Альянс» удостоилась включения в один из крупнейших отраслевых бизнес-справочников России. В нём содержится информация об организациях и предприятиях, чья деятельность сопряжена с обслуживанием сферы дорожно-транспортного строительства.

21 Октября 2016 Компания «Гео-Альянс» на выставке-форуме «ДОРОГАЭКСПО»

С 11 по 13 октября 2016 г. состоялась ежегодная международная специализированная выставка-форум «ДОРОГАЭКСПО». Компания «Гео-Альянс» приняла участие в мероприятии в качестве экспонента, продемонстрировав на своем стенде все последние разработки.

24 Мая 2016 Неделя развития транспортной инфраструктуры состоялась

Тематическая неделя, посвящённая развитию транспортной инфраструктуры в Санкт-Петербурге, дала возможность большому количеству представителей от российских компаний выступить с докладами и поделиться соображениями и опытом в вопросах улучшения отрасли.