Улучшение качества грунтовых оснований

При строительстве причальных сооружений на грунтах, имеющих в естественном состоянии недостаточную несущую способность и большую сжимаемость, существуют способы улучшения их качества.

Замену грунтов применяют в том случае, если в основании возводимого причального сооружения находятся слабые грунты, подстилаемые толщей надежных пород. Уборка всего слоя слабых грунтов с заменой их прочными сравнительно проста. Размер выбираемого земснарядом в слабом грунте котлована по низу должен соответствовать ширине подошвы засыпки. Грунт засыпки укладывают в образованный котлован шаландами с открывающимися днищами или грейферными кранами.

На рис. 17, а, б показана замена под гравитационным и эстакадным причалами илов крупнозернистыми песками. Замена грунтов в комбинации с забивкой деревянных свай была применена при строительстве причалов в японском порту Кобе (рис. 17,в).

Вытеснение слабых грунтов производят путем отсыпки на основание из слабых грунтов песчаной, гравийной или каменной призмы, под массой которой слабый грунт выжимается из-под тела отсыпки. При этом происходит частичное уплотнение слабого грунта.

Песчаные подушки поверх илистого грунта применяют при глубинах воды более 10 м и толще илов более 20 м в основании причалов. При этом вначале устройство песчаной подушки производят приемами, при которых не нарушается природное сложение ила с присущей ему вязкостью частиц. Тогда под действием веса песчаной подушки ил уплотняется за счет отжатия из него воды, частицы ила сближаются с возрастанием сил сцепления между ними. Под песчаной подушкой образуется уплотненный слой ила. опирающийся на достаточно плотную в естественном состоянии илистую толщу. Образованная структура может служить основанием для причала.

Устройство песчаной подушки состоит в рассеивании песка путем выпуска сто непрерывной струей через приоткрытые на ширину 10—15 см створки люков движущихся грунтообвозных шаланд. После образования слоя песка толщиной не менее 70 см песок вываливают из широко раскрытых створок люков шаланд.

Вертикальные песчаные дрены применяют для глубинного уплотнения слабых водонасыщенных грунтов. Способ заключается в устройстве в толще этих грунтов колонн из песка, располагаемых в плане по определенной сетке и соединенных между собой поверху песчаной отсыпкой. При этом движущаяся вдоль горизонтальных слоев слабых грунтов дренирующая вода поднимается вверх по дренам и отводится по песчаной подушке. Вследствие этого процесса происходит уплотнение слабых грунтов с сокращением продолжительности процесса их консолидации, что значительно повышает устойчивость грунтов основания. Исследования показали, что применение песчаных дрен в илистых грунтах уменьшает осадки сооружения в 5 раз и более.

Каменные постели, применяемые для устройства оснований под причальные сооружения, имеют рыхлую структуру со значением пористости 40—45%. Практика показала, что возведенные на каменных постелях причальные сооружения в строительный и эксплуатационный периоды получают осадки за счет обжатия только каменного основания в пределах 5—10% первоначальной толщины постели. Существуют следующие способы предварительного обжатия каменных постелей (а также подстилающих их грунтов), предупреждающие нежелательные деформации оснований под эксплуатируемым причалом.

Естественная выдержка во времени — каменная отсыпь выдерживается под водой во все время прохождения осенне-зимних штормов. Под воздействием волнения и собственной силы тяжести происходит естественное уплотнение каменной постели. Способ требует длительного времени, дополнительных работ по расчистке поверхности каменной постели от наносов ила.

Статическую огрузку чаще всего применяют при возведении гравитационных причалов из массивовой кладки для ускорения уплотнения каменной постели и подстилающих ее грунтов основания. При этом способе часть массивов, идущих затем в сооружение, временно укладывают в огрузочное положение. В этом положении создается давление на постель, максимально приближающееся к проектному.

Существует несколько приемов огрузки. При одном из них огрузочные массивы располагаются одним или несколькими курсами поверх выведенного по проекту сооружения. Огрузочные массивы при этом могут быть уложены симметрично (рис. 18, а) или эксцентрично (рис. 18, б) относительно основной кладки. Эксцентричную огрузку применяют при неравномерной эпюре напряжений под сооружением.

Существует прием, когда подводные курсы сооружения также укладывают в огрузочное положение (с эксцентриситетом), а поверх них укладывают дополнительные огрузочные массивы. После окончания огрузки верхние огрузочные массивы убирают, а подводные курсы массивовой кладки перекладывают в проектное положение.

Каждый последующий курс огрузочных массивов, как и основных, устанавливают после полного затухания осадок предыдущего огрузочпого курса- На практике полное затухание осадок принимают при неизменном отсчете отметок по верху массивов в течение 5—7 дней.

Статическая огрузка массивами обычно позволяет предварительно обжать каменную постель максимально до 60—70% эксплуатационных напряжений без учета расчетного волнового воздействия на сооружение. С учетом волнового воздействия обжатие достигает только около 50% возможных эксплуатационных напряжений. Довести степень огрузки до 100% практически невозможно, так как это вызывает необходимость создания многокурсовой неустойчивой огрузочной конструкции. Кроме того, большая масса многокурсовой огрузочной кладки приводит к поломкам массивов основной кладки. Затраты на производство статической огрузки при помощи массивов достигают 30% стоимости полного объема работ по возведению сооружения.

Автором предложен способ прогнозирования величины и длительности осадок секций причалов под статической огрузкой. Способ дает достаточно точные величины, которые можно принимать с достоверностью при составлении календарных графиков работ для конкретных условий строительства.

Величины осадок во времени первых секций причального сооружения или сооружения, построенного ранее в подобных грунтовых условиях, показывают, что их абсолютные значения в основном зависят от толщи каменной постели и подстилающих ее слоев материковых сжимаемых грунтов. При этом допускаем, что удельная степень сжатия свежеотсыпанной каменной постели и подстилающих грунтов примерно одинакова.

Это положение иллюстрируется кривыми действительных величин осадок первых секций во времени. Пользуясь этими кривыми, строим график зависимости времени полного прекращения и 95% полной величины осадок от величины осадок при переменных толщинах каменных постелей и сжимаемых грунтов оснований. Используя график совместно с построенной кривой зависимости величины осадок от толщины сжимаемого слоя, прогнозируем величину и длительность осадок еще не сооруженных секций причалов, имеющих различные величины толщи каменной постели, и сжимаемых грунтов основания.

Предложенный автором практически применимый способ прогнозирования осадок показал недостаточную точность существующего метода их расчета, исходящего из модели линейно деформируемой среды. Автором (совместно с проф. Ф. М. Шихневым) был предложен новый метод расчета, согласно которому деформации основания гравитационного причального сооружения слагаются в результате: уплотнения каменной постели; проникновения каменной отсыпки в слабый грунт основания; сжимаемости подстилающих каменную постель слабых грунтов; дополнительной осадки, возникающей при боковом расширении слабых грунтов основания; осадок нижележащих слоев прочных грунтов. Предложенный метод дал достаточно точную сходимость с практическими результатами.

Взрывной способ уплотнения каменных постелей заключается в погружении зарядов ВВ в воду и взрывании их над поверхностью каменной наброски. При этом воздействие ударной волны, обладающей избирательной способностью, вызывает разрушение структуры, смещение и уплотнение наиболее неустойчивых камней, рыхлых и менее прочных частиц и участков грунта основания. Заряды подвешивают на некотором расстоянии от поверхности наброски (рис. 19, а). Высоту ДА подвески и массу Q оптимального заряда в зависимости от глубины Я воды можно определить по графику (рис. 19, б).

По инициативе автора в 1964 г. на строительстве оградительнопричального мола в Шесхарисе с помощью Ленинградского политехнического института (проф. П. Л. Иванов) было впервые проведено уплотнение каменных постелей и грунтов основания подводными взрывами.

Способ показал следующие основные достоинства: простоту производства работ, возможность быстрого уплотнения каменной постели и подстилающего ее грунта, неограниченность глубин воды, небольшую стоимость. К основным его недостаткам относятся ограниченность применения вблизи существующих сооружений, а также невозможность предварительного обжатия постели в соответствии с расчетной неравномерной эпюрой напряжений под подошвой сооружения.

Виброуплотнение подводных каменных отсыпок заключается в передаче на поверхность отсыпанной постели посредством жесткого штампа механических вертикальных колебаний расчетной интенсивности. Конструкция предложенного автором с соавторами внброуплотнителя каменных постелей приведена ранее (см. рис. 14).

Уплотнение необходимо при засыпке грунтами пространства между возведенными причалами и тыловой территорией. В пределах этих засыпок располагаются наиболее интенсивные эксплуатационные нагрузки, требующие соответствующего уплотнения грунтов во избежание просадок. Уплотнение грунтов засыпок, а также образованных портовых территорий, отсыпаемых выше горизонта воды, производится механизированными способами — укаткой, трамбованием и вибрированием.

Для укатки грунтов применяют самоходные, полуприцепные и прицепные катки, транспортные средства (автосамосвалы) и землеройно-транспортные машины (бульдозеры). Наиболее распространены самоходные катки с гладкими металлическими вальцами и кулачковые катки для уплотнения связных грунтов. При укатке грунта автосамосвалами обязательны послойное разравнивание грунта и планировка, необходимая для нормальной работы автомашин.

Трамбование, т. е. уплотнение грунтов падающим грузом, употребляют при значительных слоях связных и несвязных грунтов, в том числе крупнообломочных. Трамбовочные плиты, свободно подвешенные на канатах к стреле экскаватора, падают с высоты 1—2 м. Пневматические и электрические трамбовки применяют для уплотнения грунтов в стесненных и неудобных местах. Существуют механические трамбовки взрывного действия, с бензиновыми и дизельными двигателями.

Прицепными, подвесными, самоходными и ручными виброплитами уплотняют несвязные и малосвязные грунты с содержанием глинистых фракций не более 6% и песчано-гравелистые грунты.

Расчет деформаций слабых грунтов оснований, способы их уплотнения и практика строительства морских гравитационных сооружений на слабых грунтах описаны автором в отдельных специальных работах.