Особенности применения фиброгрунтовых смесей в подземном строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности применения фиброгрунтовых смесей в подземном строительстве

С.М. Агафонова,

В.Ю. Романов

студенты Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета,

г. Санкт-Петербург, РФ

Аннотация

В данной работе рассмотрены основные методы фибрового укрепления грунта. Произведен анализ влияния фибрового армирования на прочностные характеристики грунта. Предложены конструкции фундаментов с возможностью применения фиброгрунта, даны рекомендации по технологии возведения фундамента.

Ключевые слова: фиброгрунт, армирование грунтов, фиброармирование, подземное строительство.

Армирование грунтов на сегодняшний день стало одним из наиболее популярных методов улучшения свойств грунтовых оснований и повышения эксплуатационных качеств земляных сооружений. По всему миру геотехниками с успехом применяются армирующие элементы в виде плоских лент, полотен, объемных ячеек, решеток и комбинаций указанных материалов. В отличие от «линейной» арматуры, создающей сугубо анизотропную грунтовую среду, фиброармирование позволяет управлять напряженно-деформированным состоянием грунта, решая задачу объемного армирования массива. фундамент фиброгрунт армирование

Суть метода дисперсного армирования заключается в том, что измельченные отходы химических и минеральных волокон вводятся в грунтовый массив путем перемешивания в процессе устройства искусственного основания.

Анализ источников позволил выделить основные факторы, влияющие на прочностные характеристики грунтов, усиленных дискретными волокнами. К ним относятся свойства волокна, включая тип, объемную долю, длину, соотношение сторон, модуль упругости, ориентацию, а также характеристики грунта.

Рисунок 1 - График зависимости разрушающей нагрузки от процента армирования для песчаных образцов

В ранее опубликованных исследованиях [1] влияния объемной доли фибрового армирования на свойства несвязного грунта (полипропиленового волокна на однородный речной песок) была проведена серия испытаний трехосного сжатия, в результате которых были выявлены зависимости прочностных характеристик грунта от процентного содержания фибры.

Таким образом, геосинтетические волокна повышают несущую способность грунта, причем на величину разрушающей нагрузки существенное влияния оказывает объемное содержание армирующих волокон в образцах. Кроме того, с увеличением армирования увеличивается площадь поверхности взаимодействия песка и волокон, и повышается сопротивление грунта сдвигу, что подтверждается характером и формой разрушения образца, которая после испытания близка к бочкообразной и не имеет характерной для неармированного грунта поверхности среза.

В условиях Санкт-Петербурга с преобладающим озерно-ледниковым суглинком, наиболее рациональным составом оказался композит суглинок-цемент-песок-фибра с процентным содержанием 55, 12, 8, 2% соответственно, при этом анализ показал, что песок является необходимой добавкой, т.к. повышает трение между глинистым грунтом и синтетическими волокнами [2]. Такая смесь позволила получить максимальную кубиковую прочность при высокомодульной фибре - 3,59 МПа и при низкомодульной - 3,0МПа. Однако во всех опубликованных экспериментальных исследованиях в неявном виде предполагают, что волокна ориентированы случайным образом по всей массе грунта.

Ориентация волокон случайным образом позволяет сохранить изотропность грунта и избежать или отсрочить образование локализованных плоскостей деформаций. Тем не менее, было установлено, что в большинстве экспериментов при приготовлении армированных образцов ориентация волокон преимущественно горизонтальная. Таким образом, следствием предполагаемой изотропии является завышение прочности грунта [3].

Рисунок 2 - График зависимости разрушающей нагрузки от процента армирования для композита

Перспективной областью развития фундаментов с применением фиброгрунтовых смесей является разработка конструкций двухъярусных фундаментов, представляющих собой две плиты, соединенные сваями, одна из плит передает нагрузку на глубине, а другая - на поверхности грунтового основания.

Технический результат достигается за счет применения фибры в виде пересекающихся колец, что повышает технологичность за счет удобства подачи через трубы из сопла этих элементов и увеличивает прочность фиброгрунтацемента.

Таким образом, современные методы улучшения строительных свойств грунтов с помощью фибры позволяют значительно увеличить прочностные характеристики грунта и применять на всех этапах возведения фундаментов средства механизации. Описанный в докладе композит, сочетающий суглинок, песок, цемент и синтетическое волокно, способен набирать прочность под водой, а несущая способность фундаментов при применении данного материала, по нашим оценкам, может быть увеличена более, чем в три раза. Тем не менее, остается недостаточно изученным вопрос ориентации волокон фибры при изготовлении фиброгрунтовой смеси в промышленных объемах, что позволяет говорить о завышенных прочностных характеристиках грунта. Использование грунтовых подушек и плит в открытых котлованах, а также двухъярусных конструкций фундаментов с применением струйной технологии и использованием фиброгрунта является перспективным направлением развития подземных сооружений и может стать повсеместным при более широком освещении методов изготовления грунтовой смеси, описании технологий строительства и возведения подобных объектов и исследовании их долговечности.

Литература

1. Игошева Л.А., Гришина А.С. Обзор основных методов укрепления грунтов основания // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2016. № 2. - С. 5-21

2. Абу, Халифа Абдуль Селям Мустафа. Устройство искусственно улучшенных оснований в слабых грунтах путем фиброармирования // Федеральное агентство по образованию, СПбГАСУ. - СПб., 1993. - 135 с.

3. Кузнецова А.С., Офрихтер В.Г., Пономарев А.Б. Исследование прочностных характеристик песка, армированного дискретными волокнами полипропилена // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. - 2016. № 1. - С. 5-17

4. Hejazi S.M., Sheikhzadeh M. A simple review of soil reinforcement by using natural and synthetic fibers // Construction and Building Materials. - 2012. - С. 101-116.

5. Diambra A., Ibraim E. Fibre reinforced sands: experiments and modeling // Geotextiles and Geomembranes. - 2010. - С. 238-250.

References:

1. Igosheva LA, Grishina AS Review of the main methods of strengthening the foundation soils // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Construction and architecture. - 2016. № 2. - P. 5-21

2. Abu, Khalifa Abdul Selyam Mustafa. Arrangement of artificially improved bases in weak soils by fibroarmination // Federal Agency for Education, SPbGASU. - St. Petersburg, 1993. - 135 p.

3. Kuznetsova AS, Ophrichter VG, Ponomarev AB Investigation of the strength characteristics of sand reinforced with discrete polypropylene fibers // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Construction and architecture. - 2016. № 1. - P. 5-17

4. Hejazi S.M., Sheikhzadeh M. A simple review of soil reinforcement by using natural and synthetic fibers // Construction and Building Materials. - 2012. - P. 101-116.

5. Diambra A., Ibraim E. Fiber reinforced sands: experiments and modeling // Geotextiles and Geomembranes. - 2010. - P. 238-250.

Размещено на Allbest.ru