Обгрунтування параметрів ґрунтоцементних пальових підпірних конструкцій на зсувонебезпечних схилах

Abstract

Дисертація присвячена дослідженню параметрів ґрунтоцементних паль у якості підпірних конструкцій на зсувонебезпечних схилах. В роботі проведені обстеження та аналіз поточного стану зсувонебезпечних схилів яружно-балкової мережі у м. Дніпрі. Виконано порівняльні розрахунки скінченно-елементних моделей зсувонебезпечного шаруватого схилу з влаштуванням підпірних конструкцій з ґрунтоцементних паль: вертикальних, розташованих під кутом до вертикальної осі, об’єднаних бетонним ростверком, без ростверка, різного діаметру, з різною відстанню між палями, але однакової довжини, що обумовлена розташуванням визначеної за попередніми розрахунками поверхні ковзання. За результатами розрахунків контактної задачі взаємодії ґрунтового масиву та підпірної конструкції було отримано закономірності формування міцності та стійкості зсувонебезпечного укріпленого схилу, що дає можливість прогнозування його геомеханічної стійкості в залежності від можливого розташування кривої поверхні ковзання. Обґрунтовано спосіб підвищення коефіцієнта стійкості ґрунтового схилу в залежності від варіації параметрів ґрунтоцементної підпірної пальової конструк- ції.

Диссертация посвящена исследованию параметров грунтоцементных свай в качестве подпорных конструкций на оползнеопасных склонах. В работе прове- дены обследование и анализ текущего состояния оползнеопасных склонов овражно-балочной сети в г. Днепре. Инженерно-геологические условия для строительства многоэтажных жилых комплексов не всегда достаточно благоприятные для застройки некоторых районов г. Днепра. В некоторых случаях такое строительство требует дополнительных инженерных изысканий и расчетов, особенно когда речь идет о разработке инженерно-геологической защиты оползнеопасного участка склона, у которого планируется возвести здание. В таком случае для предотвращения угрозы оползней эти мероприятия необходимы и обязательны. Иначе говоря, перед проектировщиками стоит задача разработки подпорных конструкций, сдерживающих склон, возможное движение и сползание которого могут привести к катастрофе. Вместе с тем, в особом внимании со стороны проектировщиков нуждаются проекты строительства и объекты хозяйствования, расположенные в горной местности на территории Украины, в зоне повышенной оползнеопасности. Предпосылки возникновения оползней иногда могут быть скрыты на первый взгляд, когда вообще вроде бы все в порядке и нет никакой угрозы оползня рядом со строительной площадкой, но впоследствии при других обстоятельствах появляются изменения, способствующие развитию некоторых условий и факторов, действие которых в дальнейшем может привести к трагическим последствиям. Для решения этой проблемы нужен системный анализ в более широком смысле. Не учет или непредусмотрение опасной ситуации заранее может быть главной ошибкой при проектировании. Из-за внезапного повышения уровня грунтовых вод, и это нужно всегда учитывать, меняются физические характеристики некоторых грунтов, что может нести угрозу катастрофического оползня. Особенно такая угроза возникает весной во время таяния снега или осенью во время длительных дождей, когда система отвода воды и инженерные коммуникации работают в усиленном режиме. Современные методы расчета устойчивости склонов в сочетании с передо- выми разработками в области технологии строительства и возведения многоэтажных зданий дают возможность проектировать и вести строительство на оползнеопасных участках местности в условиях проведения специальных мероприятий по укреплению таких склонов. В связи с этим появляется необходимость решения проблемы надежности и безопасного выполнения таких проектов строительства, а также вопросов дальнейшей эксплуатации зданий и сооружений, которые возведены в зоне расположения оползнеопасных склонов. Опыт прошлых лет наглядно демонстрирует ситуацию на примере ошибок проектировщиков, когда после возведения высотных зданий и их заселения, возникала потребность эвакуировать людей во время реальной угрозы разрушения в результате активизации оползневых процессов рядом, вероятность возникновения которых не была учтена на стадии проектирования. Таким образом, исследование современных методов борьбы с оползнями в настоящее время является актуальной темой и научно-практической задачей. Выполнены сравнительные расчеты конечно-элементных моделей оползнеопасного слоистого склона с устройством подпорных конструкций из грунтоцементных свай: вертикальных, расположенных под углом к вертикальной оси, объединенных бетонным ростверком, без ростверка, различного диаметра, с разным расстоянием между сваями, но одинаковой длины, которая обусловлена расположением определенной по редварительным расчетам поверхности скольжения. По результатам расчётов контактной задачи взаимодействия грунтового массива и подпорной конструкции были получены закономерности формирования прочности и устойчивости оползнеопасного укрепленного склона, что дает возможность прогнозирования его геомеханической устойчивости в зависимости от возможного расположения кривой поверхности скольжения. Обоснованно способ повышения коэффициента устойчивости почвенного склона в зависимости от вариации параметров грунтоцементной подпорной свайной конструкции. Численными расчетами обоснованно параметры грунтоцементных свайных подпорных конструкций – длину свай, диаметр свай, расстояние между сваями, угол их наклона и целесообразность объединения свай бетонным ростверком. Разработан и запатентован метод укрепления оползневых склонов с помощью грунтоцементных свай, объединенных бетонным ростверком, которые располагаются перпендикулярно вектору движения тела оползня. Экспериментальные исследования устойчивости оползнеопасных склонов с помощью центробежного моделирования были выполнены по инженерно-гео- логическому разрезу склона балки Долгий овраг. Рассчитан экономический эффект от внедрения грунтоцементной свайной подпорной конструкции, который составляет на 1000 м укрепленного земляного полотна оползнеопасного участка автомобильной дороги 36 710 000 грн.

The dissertation is devoted to the research of parameters of soil-cement piles as supporting structures on landslide-prone slopes. The paper conducts surveys and analysis of the current state of landslide-prone slopes in the city of Dnipro. Comparative calculations of finite-element models of landslide-layered sloping slope with arrangement of supporting structures of soil-cement piles: vertical, located at an angle to the vertical axis, connected by a concrete grillage, without a grillage, with different diameters, with different distance between piles, but with the location determined by preliminary calculations of the location of sliding surface. According to the results of calculations of the contact task of interaction of soil mass and supporting structure, the regularities of formation of strength and stability of landslide-reinforced slope were obtained, which allows to predict its geomechanical stability depending on the possible location of the sliding surface curve. The method of increasing the coefficient of stability of the soil slope depending on the variation of the parameters of the soil-cement supporting pile structure is substantiated.