ЗАО «гофросталь»
Предприятие промышленного холдинга «Опытный завод» Гидромонтаж»
8-800-775-57-66 бесплатная линия

Москва: +7 (495) 995-12-79

Селятино: +7 (495) 720-49-74

Киров: +7 (8332) 711-790

E-mail: info@gofrostal.ru

Определение пригодности грунтов для засыпки металлических гофрированных сооружений

04.01.2016

Проблема отсутствия или высокая стоимость необходимого грунта для засыпки гофрированных арок и труб становится всё более актуальной. Большинство осадок и деформаций гофрированных сооружений связано именно с ней. Соответственно, вопрос пригодности материалов для отсыпки грунтовых обойм гофрированных конструкций стоит сегодня в ряду важнейших в дорожной отрасли.

Алексей Пупышев

Зам. директора по проектированию
ЗАО «Гофросталь»
Главный инженер проектов
ООО «СевЗапРегионСтрой»
Пупышев Алексей,
+7-905-564-7691,
e-mail: kb@gofrostal.ru


Василий Бабурин

Ведущий инженер «СевЗапРегионСтроя»
Бабурин Василий

Объемы строительства арочных сооружений и труб с применением металлических гофрированных конструкций (МГК) растут с каждым годом, достигаются новые рекорды. 15 лет назад массовое строительство ограничивалось круглыми  трубами диаметром до 3 метров. В наши дни размеры гофрированных сооружений 10-12 метров стали обычными, пролёты МГК производства ЗАО «Гофросталь» уже превышают 17 метров. Такое стремительное развитие обусловлено не только меньшей ценой по сравнению с традиционными конструкциями, но и удобной транспортировкой материалов для работы, быстрой монтажа, и низкой стоимостью эксплуатации.

Основой безопасности строительства и эксплуатации гибких засыпных конструкций является совместная работа с грунтом обоймы вокруг оболочки. Если недавно нормативы и расчетные комплексы имели ряд сложностей, то современная расчетно-конструктивная база позволяет надежно проектировать и рассчитывать грунто-стальные структуры с учетом односторонней работы грунта на сжатие и сдвиг. Программные комплексы вычисляют параметры напряженно-деформированного состояния всех элементов сооружения на любом этапе возведения и эксплуатации. Чтобы назначить параметры будущих грунтов засыпки, проектом достаточно установить только технические требования к физико-механическим свойствам.

Обрушение путепровода под г. СимферополемСовременная нормативная база ограничивает зерновой состав грунтов для засыпки, а требования к сжимаемости грунтов устанавливаются проектным модулем деформации грунта, который может варьироваться от 15 до 100 МПа в зависимости от размеров сооружения,  высоты засыпки. Требования к коэффициенту уплотнения от 0,95 до 0,98. Сочетание этих трех параметров и определяют будущие свойства обоймы грунто-стальной конструкции.

Ограничение количества глинистых частиц предупреждает возможность морозного пучения и обеспечивает фильтрацию воды. Максимальный размер обломков должен быть таким, чтобы они свободно умещались, не заклиниваясь во впадине гофра.

Этим требованиям соответствуют пески средней крупности, крупные, гравелистые, щебенисто-галечниковые и дресвяно-гравийные грунты, не содержащие обломков размером более 50 мм. Грунты не должны содержать более 10% частиц размером менее 0,1 мм, в том числе более 2% глинистых размером менее 0,005 мм [1].

В проектах арочных сооружений и труб большого диаметра для обеспечения надежности проектировщиками применяется ПЩС (песчано-щебеночная смесь) по [2], или ПГС (песчано-гравийная смесь) по [3]. Модуль деформации грунта E, определяется расчетами.

С этого момента основной задачей становится обеспечение соответствия применяемого грунта засыпки требованиям норм и проекта. И возникает проблема, описанная в предисловии.

Для решения этого вопроса следует определить грунты, которые имеются в наличии и выполнить испытания. Компрессионные испытания грунтов необходимо сделать даже в том случае, если применяется хорошо фракционированный материал, так как сжимаемость грунта зависит не только от зернового состава, но и от других механических свойств грунта.

Обрушение путепровода под г. Симферополем

Пренебрежение компрессионными испытаниями грунта обязательно приведет к неконтролируемым осадкам арки в случае, если модуль деформации грунта окажется ниже проектного. Если не принимать меры, то возможны прогибы свода, а так же обрушение конструкций под собственным весом. Осадка сооружения проходит в течение 4-6 месяцев, реже – за год или более, в зависимости от стабилизации грунтов всей насыпи. За это время сооружение уже может быть введено в эксплуатацию, а устранить последствия можно только заменой грунта обоймы.  Случай с обрушением путепровода под г. Симферополем (фото 1, фото 2) приобрел широкую известность, в том числе по этой причине.

Рассмотрим пример засыпки путепровода пролетом 17 метров (фото 3). Проектом установлены следующие требования к грунту: зерновой состав в соответствии с [1], модуль деформации грунтовой обоймы в зоне механизированного уплотнения не менее 50МПа, для зоны ручного уплотнения 90МПа.

Для устройства обоймы были исследованы три материала (см. график):

  • ПЩС С6 по ГОСТ 25607-2009 [2] – кривая 1;
  • ПГС по ГОСТ 23735-79 [3] – кривая 2;
  • Песок мелкий по ГОСТ 8736-2014 [4] – кривая 3.

График зернового состава

Проектом предусматриваются достаточно жесткие требования по деформативным свойствам грунта, заранее был риск, что испытания не покажут требуемых значений. Поэтому Заданием было дополнительно предусмотрено ускоренное определение предела прочности в возрасте 7 суток с последующим вычислением модуля деформации ПГС с цементом 6% по массе и смеси ПЩС с цементом 4% по массе. Приготовление и испытания цементогрунта были проведены в соответствии с [5].





Согласно Заданию, для выбора оптимального грунта засыпки МГК из имеющихся вариантов при лабораторных испытаниях определены следующие характеристики образцов:

  1. Зерновой состав, весовые параметры, естественная влажность, оптимальная  влажность для максимального уплотнения;
  2. Угол внутреннего трения и значения модулей деформации в интервале давлений 0.1 - 0.6 МПа для проб грунта;
  3. Угол внутреннего трения и значения модулей деформации в интервале давлений 0.1 - 0.6 МПа для смеси грунта и цемента в соответствии с Заданием.

ТАБЛИЦА ПРИГОДНОСТИ ОБРАЗЦОВ ГРУНТА ДЛЯ ЗАСЫПКИ
(ВСЕ ПРОТОКОЛЫ МОЖНО ПОСМОТРЕТЬ ПО ССЫЛКАМ В ТАБЛИЦЕ)

№ кривой

Грунтовый материал

Соотв. ОДМ, [1]

№ прот.

Егр, МПа

№ прот.

Цементогрунт по [5]

Кол-во цемента,

%

Прочн. R7,МПа

№ прот

Ец-гр, МПа

1.

ЩПС С6 по [2]

Да

№328

53,33

№364

4,0

1,9

№16/10-202

120

2.

ПГС по [3]

Да

№ 329

17,31

№348

6,0

0,85

-

60

3.

Песок по [4]

Нет

№330

16,63

№349

не испытывался

Модуль деформации принят средним по результатам испытаний в интервале давлений 0,2-0,4 МПа. Согласно расчетам, расчетное давление в грунте обойм составляет 0,28МПа. Модуль деформации цементогрунта определен по табл.1 ВСН 164-69 [5] с учетом ф.4.

По результатам испытаний приняты следующие решения. Грунтовая обойма отсыпалась из ПГС по [3] при оптимальной влажности с коэффициентом уплотнения не менее 0.95 максимальной стандартной плотности. В зоне 0–500 мм от стенки МГК грунтовая обойма выполнялась из смеси ПЩС С6 по [2] с добавлением 4% цемента с коэффициентом уплотнения не менее 0.95. Технология устройства обоймы и контроль за деформациями арки выполнялись в соответствии со специально разработанным технологическим регламентом (pdf 18 МБ).

Специалисты ЗАО «Гофросталь» готовы оказать содействие в любых вопросах по проектированию и строительству сооружений из МГК, а так же в разработке и утверждении технологических схем производства работ, в определении оптимального грунтового материала для обеспечения надежной работы пролетного строения сооружения.


Литература

  • ОДМ 218.2.001-2009 «Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из металлических гофрированных структур на автомобильных дорогах общего пользования с учетом региональных условий (дорожно-климатических зон)».
  • ГОСТ 25607-2009 «Смеси щебеночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов».
  • ГОСТ 23735-79 «Смеси песчано-гравийные для строительных работ».
  • ГОСТ 8736-2014 «Песок для строительных работ. Технические условия».
  • ВСН 164-69 «Технические указания по устройству дорожных оснований из обломочных материалов, укрепленных цементом».


Возврат к списку