Армирование грунта

Часто строительные площадки располагаются на так называемых «бросовых» землях: оврагах, заболоченных и оползневых участках, склонах, пойменных территориях, сильно пересеченной местности и т.д. В этих условиях возводятся промышленные и гражданские здания и сооружения, мосты, дороги, набережные, подземные и надземные хранилища и др. При этом на основание могут передаваться значительные статические и динамические нагрузки.

Рассматриваемые территории отличаются наличием слабых водонасыщенных грунтов, погребенных почв, значительной пространственной изменчивостью их физико-механических характеристик, развитием реологических процессов и агрессивностью по отношению к строительным материалам.

Использование подобных территорий в качестве строительных площадок возможно с применением их армирования.

Армирование грунта заключается во введении в грунт специальных армирующих элементов. Армированный грунт – композитный материал, у которого армирующий элемент обладает значительной по сравнению с другим компонентом жесткостью и прочностью. К материалу арматуры предъявляются требования коррозионной стойкости и низкой стоимости, прочности и сопротивления ползучести, долговечности и легкости укладки, высокой шероховатости для обеспечения зацепления с грунтом.

Этим требованиям отвечают: оцинкованная сталь, стекловолокно, пластик, полимерные волокна, геотекстиль, алюминиевые сплавы, резина и др. Армирующие элементы укладываются в виде отдельных полос, стержней, сеток, волокон, пространственных систем (геоячеек). Для армирования могут быть использованы грунтовые сваи, бетонные и железобетонные конструкции. В качестве засыпок применяют как связные, так и несвязные грунты. К ним предъявляют требования по показателю неоднородности, влажности, составу, значению водородного показателя, максимального содержания Cl, SO ₃, электрическому сопротивлению и др. Отмечено также, что с увеличением плотности основания возрастают: плотность контакта грунта с арматурой, прочностные и деформационные характеристики армированного грунта. Требования норм различных стран значительно отличаются.

Преимуществами армогрунтовых сооружений являются: экономичность, простота, быстрота возведения, достаточная долговечность, возможность строительства разнообразных сооружений, рациональное использование территорий и др. Этим методом может быть решен широкий круг инженерно-строительных задач.

Армирование грунта применяется при возведении насыпей, подпорных стен, плотин, дамб, дорог, устоев мостов и т.п. При возведении насыпей возрастает устойчивость их откосов, при возведении подпорных стенок армирование грунта обратной засыпки существенно снижает активное давление грунта на стенку, вследствие чего уменьшаются усилия в конструкции стенки и увеличивается ее устойчивость. Арматура в этом случае играет роль анкерующих элементов и должна заводиться за пределы поверхности скольжения. Использование арматуры для оснований зданий и сооружений находится в стадии научных разработок. Показано, что данным методом можно существенно повысить прочностные и деформационные характеристики основания, сократить расход материалов на устройство фундаментов. Некоторые примеры применения армирования грунтов показаны на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 – Армирование грунта: а – в искусственном основании фундамента; б – при устройстве насыпи; в – при возведении обратных засыпок: 1 – фундамент; 2 – армирующие элементы; 3 – песчаная подушка; 4 – насыпь; 5 – подпорная стенка; 6 – призма обрушения; 7 – поверхность скольжения

Расчетное сопротивление армированного основания может быть определено по формуле

,

где k _s – коэффициент увеличения расчетного сопротивления за счет армирования;

;

F _usи F _u – разрушающие нагрузки на армированное и неармированное основание.

Модуль деформации армированного основания

,

где Е – модуль деформации неармированного основания; k _E – коэффициент повышения модуля деформации за счет армирования;

.

Исследования показывают, что в результате армирования возможно повысить расчетное сопротивление в 1,5–2,5 раза. При этом модуль деформации армированного основания вырастает в 2,5–4,5 раза.