Подпорные стены из армированного грунта

14.06.2016

В условиях плотной застройки с учетом сложившейся экологической и антропогенной ситуации в крупных городах в настоящее время строителям приходится использовать строительные площадки, сложенные структурно-неустойчивыми грунтами (слабые, водонасыщенные, техногенные грунты и т.п.). Использование известных строительных подходов в данных проблемных инженерно-геологических условиях, как правило, приводит к значительным материальным затратам, не соизмеримым с ожидаемым экономическим эффектом.
Одним из конструктивных способов преобразования грунтовых условий, в сторону их улучшения, является армирование грунтовых оснований. Армирование грунта заключается во введении в грунт специальных армирующих элементов. Армированный грунт использовался человечеством с давних времен. До наших дней дошли сведения о строительстве крупных сооружений на основаниях, армированных ветвями, лианами, тростником. Армирование глины и кирпичей упоминается еще в Библии. Описаны случаи использования таких приемов в Древнем Вавилоне, Древнем Риме, на некоторых участках Великой Китайской стены и т.д. (рис. 4.66).
Подпорные стены из армированного грунта

В современное время эта идея возродилась в 60-х гг. XX в., когда французский инженер Анри Видаль предложил при возведении насыпей использовать стальные ленты в качестве армирующих элементов (рис. 4.67). Взаимодействие между грунтом и армирующими элементами обеспечивалась за счет трения по контакту «грунт-арматура». Термин «армированный грунт» был введен в употребление также Видалем для определения нового композитного материала, образуемого плоскими армирующими полосами, которые укладываются горизонтально в грунт. На рис. 4.68 представлена подпорная стенка, выполненная из армированного грунта по технологии, предложенной А. Видалем. Стенка сооружена на объездной автодороге А-86 вокруг г. Парижа (Франция), общая площадь стеки составляет 30 000 м2.
В качестве армирующих элементов в настоящее время применяется большое число различных материалов. Вначале при применении в строительной практике армированного грунта использовалась преимущественно металлическая арматура в виде полос или сеток. Однако использование металлической арматуры часто требует применения дорогостоящих антикоррозионных мероприятий, особенно в пылеватоглинистых грунтах. Поэтому в последнее время металлическую арматуру практически повсеместно вытеснили синтетические материалы (геосинтетика) - быстроразвивающее семейство материалов, используемых в геотехническом строительстве. На мировом рынке выпускаются разнообразные виды и типов геосинтетических материалов. Они почти исключительно изготавливаются из полимеров. Наиболее часто применяются геосинтетики из полиэфира, полипропилена и полиамида, но в специальных случаях могут применяться полиэтилен и полиарамид.
Подпорные стены из армированного грунта

Основные типы геосинтетических материалов:
- геотекстильные материалы;
- георешетки;
- геосетки;
- геомембраны;
- геокомпозиты.
Наиболее широко на мировом рынке производятся и используются геотекстпльные материалы. В настоящее время в мире геотекстиль выпускается на 130 предприятиях мира и количество производимых наименований превышает 860. Геотекстиль - это сплошные, пористые, гибкие, полимерные ткани. Они подразделяются на две большие группы - тканые и нетканые материалы, каждая из которых имеет свою область применения. Тканые материалы изготовляются из мононитей или полинитей (пряжи) по технологии, аналогичной производству обычных тканей. Нетканые геотекстили представляют собой спутанно-волокнистую беспорядочную структуру, состоящую из отдельных волокон и упрочненную механическим или термическим способом. Геотекстпльные материалы наиболее универсальны, они могут одновременно выполнять несколько функций.
Менее распространены и имеют более узкие области применения георешетки и геосетки - объемные или плоские решетчатые полимерные материалы и геомембраны - герметичные полимерные пленки.
Особую группу занимают появившиеся сравнительно недавно геосинтетические материалы под названием геокомпозиты. Это слоистые или сложной формы комбинации различных типов геосинтетических материалов иногда с включением стекловолокна, стали, битума и других материалов для придания им требуемых свойств.
Для армирования оснований применяются чаще всего геотекстили, так как они более дешевы, чем несколько реже используемые георешетки и геокомпозиты.
Использование различных типов геосинтетических материалов в зависимости от требуемых инженерных функций приведено в табл. 4.4.
Подпорные стены из армированного грунта

В настоящее время уже накоплен большой опыт по применению армированных оснований, который выявил высокую эффективность использования таких конструкций.
В качестве основных областей применения геосинтетических материалов можно выделить следующие:
1) промышленное и гражданское строительство:
- увеличение несущей способности оснований различных сооружений на слабых грунтах путем армирования их синтетическими материалами;
- возведение подпорных стен различного назначения из армированного грунта;
- использование геомембран в качестве гидроизоляции при сооружении хранилищ отходов;
- укрепление откосов и озеленение при ландшафтном проектировании;
2) транспортное строительство:
- армирование откосов и оснований высоких насыпей и выемок для обеспечения их устойчивости;
- повышение трещиностойкости асфальтобетона путем его армирования синтетическими сетками;
- применение геосинтетических материалов в дренажных конструкциях;
- использование прослоек из синтетических материалов для регулирования водно-теплового режима конструкций;
- сепарационные прослойки;
- защита откосов насыпей.
Армированный грунт - это сравнительно новый способ устройства подпорных стен и других сооружений. Сущность его заключается в том, что на специально подготовленной поверхности грунта (спланированной и уплотненной) укладывают арматурную сетку (рис. 4.69) и засыпают ее слоем грунта, после уплотнения этого слоя укладывают следующую арматурную сетку и засыпают следующий по высоте слой грунта с уплотнением его до заданных расчетом величин.
Сетки в торце одной из сторон прикрепляют по мере их укладки к элементам торцевого ограждения, например оболочки, под которые до начала работ устраивают фундаментную плиту согласно расчету.
Конструкции из армированного грунта, выполненные по методу Йорка (США) из сборных элементов, показаны на рис. 4.70 и 4.71.
Подпорные стены из армированного грунта

Профилированные тонколистовые элементы из стали имеют гальваническое покрытие. Толщина листов 3 мм и высота 330 мм, длина до 10 м. Такие элементы соединяют в фальц, вертикальные стыки соединяют внахлестку. Арматурные стержни и полосы крепят через 0,3...1,0 м по расчету. При возникновении бокового давления грунта усилия через тонколистовой профиль, работающий как растянутая мембрана, передаются на анкерные арматурные полосы.
Подпорная стенка с ограждением из крестовидных бетонных плит с половинными доборными нижними и верхними плитами позволяет получать интересные решения фасадов. Для большей технологичности монтажа предусмотрена система вертикальных анкерных стержней, которые не только обеспечивают точность установки, но и способствуют большей монолитности стенки. Анкерные арматурные полосы изготавливают из оцинкованных стальных листов толщиной 3 мм и шириной 60, 80, 100, 120 мм, длиной до 25 м. Расход цинка достигает 185 г на 1 м2 поверхности. Раньше полосы получали нарезкой, а в настоящее время - прокаткой.
Насыпные грунты для стенок должны допускать высокую степень уплотнения, позволяющего получить как можно большее сопротивление трению на максимально коротком участке. Грунты заполнения должны быть водопроницаемыми и стойкими против выветривания.
Область применения армированного грунта не ограничивается только подпорными сооружениями. Благодаря экономической эффективности, преимуществам по экономическим параметрам армированный грунт широко используется в современном зарубежном строительстве для самых различных целей. В нашей стране в настоящее время армирование грунтов начинает все шире и шире применяется. На рис. 4.72 представлен вариант устройства подпорной стенки в г. Перми. Облицовка подпорной стенки выполнена из бетонных фундаментных блоков по ГОСТ 13579-78. В качестве армирующих элементов применяется сетка из стержней A-I диаметром 10 мм и шагом 100 мм, распределительная арматура из стержней A-I диаметром 6 мм шагом 250 мм. Армирующие элементы заанкериваются за блоки облицовки. Засыпка предусмотрена из тщательно уплотненной песчано-гравийной смеси. Длина армирующих элементов переменная - от 8,0 м в нижней зоне до 10,5 м в верхней зоне армированного грунта. Шаг армирующих элементов принят равным 0,6 м, кроме верхней зоны, где расстояние между армирующими элементами уменьшается до 0,3 м. Для предотвращения коррозии стальная арматура должна быть покрыта антикоррозийным слоем (например, оцинковка). Возможно применение синтетической арматуры с прочностью на разрыв не менее 50 кН/м. Блоки облицовки опираются на фундаментную подушку из монолитного бетона класса В-15. Под фундаментной подушкой устраивается щебеночная подготовка толщиной 200 мм. В грунте обратной засыпки предусмотрен дренаж.
Подпорные стены из армированного грунта

Имеются примеры эффективного строительства из армированного грунта не только самых различных подпорных сооружений, но и пример использования этого способа для укрепления береговых устоев мостовых сооружений, плотин, насыпей (рис. 4.73), фундаментов и оснований для различных сооружений в дорожном, жилищном и промышленном строительстве (рис. 4.74), сводов подъемных сооружений и для многих других целей.
Подпорные стены из армированного грунта