Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ СКЛОНОВ

Изобретение относится к строительству, в частности к предотвращению опасных оползневых смещений грунта на оползневых склонах при хозяйственном освоении территорий.

Известен способ, основанный на создании сети дренирующих скважин или других дренажных сооружений на оползневом склоне с целью предотвращения переувлажнения грунта и снятия гидродинамического давления. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет улучшать свойства грунта и при возобновлении обводнения склон вновь может перейти в подвижное состояние. Поэтому способ требует постоянного контроля и поддержания в рабочем состоянии всей дренажной системы, что делает его трудоемким и малоэффективным [1].

Известен способ, основанный на перемещении оползневых масс грунта с более высоких отметок оползневого склона к его основанию или строительстве в основании склона специальных подпорных стенок и сооружений, противостоящих гравитационному смещению грунта по склону. Недостатком этого способа является его трудоемкость и высокая стоимость противооползневых мероприятий, требующих перемещения больших масс грунта или строительства подпорных сооружений с заглублением их фундамента в прочные (несмещаемые) породы основания склона [2].

Известен способ, основанный на создании в основании склона одного или нескольких рядов буроинъекционных или буронабивных скважин большого диаметра. Недостатком этого способа является его высокая стоимость и малая эффективность при закреплении оползней с вязко-текучим типом движением оползневых масс, вследствие "обтекания" грунтом стволов скважин [3].

Известны способы, основанные на комбинировании нескольких перечисленных выше способов борьбы с оползнями, в частности сочетании первого способа со вторым или третьим способами. Во всех случаях комплексирование способов повышает эффективность оползневых мероприятий, но существенно удорожает их. Кроме того, все способы (за исключением первого) предусматривают предотвращение гравитационного смещения пород на склоне путем создания противодействующего барьера в виде подпорной стенки или пригрузки основания склона, а не устранение основных "внутренних" причин неустойчивости склона, а именно низкие значения прочностных показателей смещающихся грунтов.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков и разработка способа закрепления оползневых склонов, основанного на повышении физико-механических свойств оползневых масс грунта.

Сущность способа заключается в следующем. Способ закрепления оползневых склонов включает погружение в грунты оползня инъекторов с шагом 1,0-2,5 м по профилям, расположенным на расстоянии 1,0-2,5 м друг от друга и перпендикулярно его фронту движения, инъекторы на каждом профиле погружают на 0,5-1,5 м ниже плоскости скольжения оползня, при этом инъектирование уплотняющего раствора осуществляют под нарастающим давлением до образования гидроразрывных полостей, а дальнейшее инъектирование под постоянным давлением, превышающим в 1,1-1,3 раза давление грунта, обеспечивающим образование вокруг инъекторов уплотненных зон радиусом 1,5-2,5 м, которые перекрывают или соприкасаются друг с другом в плане и по глубине тела оползня. В качестве уплотняющего раствора предпочтительно применение песчано-цементной смеси, например, марки - 200 или цементного раствора, например, марки - 500 с водоцементным отношением не более 1,0. После завершения инъектирования головки инъекторов срезают и тампонируют. При погружении инъекторов в грунты с крупными включениями обломочных пород осуществляют разбуривание пионерной скважины малого диаметра, например 60 мм, погружение в нее инъектора и его задавливание до нужной глубины.

Высокая эффективность способа достигается тем, что подаваемый под давлением раствор проникает в наиболее ослабленные зоны грунта с образованием там гидроразрывов, а поддержание высокого давления раствора (выше бытового давления в массиве) вызывает уплотнение грунта вокруг гидроразрывных полостей и повышение его физико-механических свойств. После завершения инъектирования застывший в гидроразрывных полостях раствор образует армирующий каркас, напоминающий корни дерева, "стволом" которого является погруженный в грунт стальной инъектор с расходящимися от него многочисленными внедрениями затвердевшего цементного раствора. При этом происходит дополнительное (наряду с эффектом уплотнения) повышение прочностных свойств грунта за счет его армирования. Высокая избирательная способность уплотняющего раствора дает возможность усиливать наиболее слабые зоны грунтового массива, в первую очередь разуплотненный грунт вблизи плоскости скольжения, и тем самым добиваться значительного повышения устойчивости склона.

Упрочнение грунта происходит не только в плоскости скольжения оползня, но и во всем теле оползневого массива, что делает этот способ особенно эффективным при борьбе с высокоподвижными оползнями вязкотекучего типа и поверхностными смещениями грунта (оплывинами). Способ закрепления оползневых склонов не требует применения тяжелого оборудования, поэтому может использоваться для укрепления труднодоступных склонов.

Для повышения эффективности закрепления склона способ может реализоваться в комплексе с созданием дренажных устройств для перехвата (дренирования) подземных и поверхностных вод и отвода их от оползневого склона.

На чертеже показана схема закрепления оползневого склона предлагаемым способом, где А - схема размещения инъекторов по профилю, Б - вид на склон в плане.

Оборудование для реализации способа включает забивной или погружаемый в скважину малого диаметра инъектор 1, манометр 2 для измерения давления раствора, насоса 3, растворомешалки 4 и шлангов высокого давления 5.

Способ реализуется следующим образом.

На поверхности оползневого склона по профилям, расположенным на расстоянии 1,0-2,5 м друг от друга размещают инъекторы 1 с шагом 1,0-2,5 м и погружают на каждом профиле на 0,5-1,5 м ниже плоскости скольжения оползня. Затем осуществляют нагнетание уплотняющего раствора, например песчано-цементной смеси, например, марки 200, с постепенным наращиванием давления до образования гидроразрыва. После этого давление снижают до 1,1-1,3^х величин природного давления в закрепляемом грунте и производят нагнетание уплотняющего раствора под постоянным давлением до достижения расчетной величины поглощения раствора в данной точке. Объем инъектируемого раствора определяется расчетным путем в зависимости от исходной и конечной пористости грунта. Например, при исходной пористости 46% и конечной 40%, для уплотнения 1 м³ грунта потребуется 0,06 м³ раствора. Укрепление грунта происходит за счет проникновения раствора в гидроразрывные полости и уплотнения грунта в стенках полостей. Расширяющиеся при этом гидроразрывные полости заполняются раствором, который затвердевает после прекращения инъектирования и армирует толщу грунта в радиусе 1,5-2,5 м вокруг инъектора. Перемещая инъектор, создают зоны закрепленного грунта, которые соприкасаются или слегка перекрывают друг друга по всей мощности оползневого массива. После проведения аналогичных работ по соседним профилям образующиеся закрепленные зоны грунта смыкаются не только по вертикали, но и в горизонтальной плоскости с образованием всей массы оползневого тела в природно-техногенный массив с более высокими показателями устойчивости.

Пример

Оползневой склон сформировался в результате подготовки строительной площадки и подрезки склона из насыпных грунтов. Согласно инженерно-геологическим исследованиям склон сложен насыпными грунтами песчано-суглинистого состава мощностью 3,5 м, ниже залегают пойменные отложения - супесь пылеватая пластичной и текучей консистенции мощностью 1,4-1,7 м и еще ниже - толща суглинков пылеватых преимущественно мягкопластичной консистенции. По данным электродинамического зондирования грунты имели следующие показатели физико-механических свойств.

Супесь аллювиальная Е=4-6 МПа, ϕ=5-11°; С=10-16 кПа

Суглинок Е=1,5-9 МПа, ϕ=3-10°; С=7-30 кПа

Наиболее вероятная расчетная поверхность скольжения оползня проходит по глубине до 6-7 м с захватом части толщи суглинка.

Инъекторы изготовлялись из труб диаметром 48 мм и размещались на склоне по пяти профилям, ориентированным перпендикулярно основанию склона. Шаг инъектирования по профилю составлял 1,5 м, расстояние между профилями - 1,2-2,5 м. Длина инъекторов равнялась 6,5-7,5 м, шаг перфорированной части инъекторов 4,5-5,0 м. Общее количество точек инъекторов, установленных на склоне, составило 55.

Уплотняющий раствор изготовлялся из цемента марки М 500 с водоцементным соотношением 0,57. Нагнетание осуществлялось при давлении 4 атм при минимальной скорости подачи раствора. Инъектирование на каждом профиле начиналось на нижней точке (у подножия склона), а затем перемещалось вверх по склону. Через сутки после окончания инъектирования оголовки инъекторов срезались на уровне верха откоса и тампонировались цементным раствором.

Контроль качества работы проводился с применением электродинамического зондирования (ЭДЗ), в соответствии с ГОСТ 19912-2003. Зондирование в 6 точках оползневого склона показало, что после проведения закрепления грунтов склона с применением предлагаемого способа произошло значительное (в 2,5-5 раз) повышение модуля деформации оползневой массы грунтов. Значения модуля деформации составили для:

- насыпного грунта 13-28 МПа,

- аллювиальной супеси 10-26 МПа,

- суглинка 20-30 МПа.

Таким образом, способ закрепления оползневых склонов позволил существенно повысить физико-механические свойства грунтов оползневого склона и тем самым придать ему стабильное состояние. Расчеты показали, что в результате проведенных работ коэффициент устойчивости склона (с учетом дополнительных мероприятий по дренированию склона) повысился с 0,96 до 2,0.

Источники информации

1. Браславский В.Д. и др. Противооползневые конструкции на автомобильных дорогах. М.: Транспорт, 1985, с.127-137.

2. Там же, с.98-99.

3. Там же, с.190-192.