Забивание грунта гвоздями - это строительная лечебная мера для обработки неустойчивых естественных откосов грунта или как строительный метод, позволяющий безопасно перекручивать новые или существующие грунтовые откосы. Этот метод предусматривает введение в откос относительно тонких арматурных элементов - часто арматурных стержней общего назначения (арматурных стержней ), хотя также доступны запатентованные сплошные или полые стержни. Сплошные стержни обычно устанавливаются в предварительно просверленные отверстия, а затем заливаются на место с использованием отдельной линии для заливки раствора, тогда как полые стержни можно просверливать и заливать цементным раствором одновременно с использованием съемного сверла.и закачиванием раствора в полую штангу по мере бурения. Также были разработаны кинетические методы стрельбы относительно короткими стержнями в грунтовые откосы. Стержни, устанавливаемые с использованием методов бурения, обычно полностью заливаются раствором и устанавливаются с небольшим наклоном вниз, при этом стержни устанавливаются в точках, расположенных на равном расстоянии друг от друга по поверхности откоса. На поверхности можно использовать жесткую облицовку (часто бетон , наносимый пневматическим способом, также известный как торкретбетон ) или изолированные грунтовые пластины шляпок гвоздей. [1] В качестве альтернативы гибкая армирующая сетка может быть прижата к поверхности почвы под пластинами головки. Проволочная сетка с защитой от кроликов и ткани для защиты от эрозии могут использоваться вместе с гибкой сеткой, если этого требуют условия окружающей среды.
Компоненты грунтовых гвоздей также могут использоваться для стабилизации подпорных стен или существующих откосов насыпи ( насыпи и дамбы ); обычно это делается в качестве лечебной меры.
С момента первого применения современных методов в Версале в 1972 году [2] забивание грунта гвоздями стало общепризнанным методом во всем мире. США Федеральное управление автомобильных дорог выдается ориентировочные публикации в 1996 году [3] и 2003 [4]
Предварительный анализ [ править ]
Четыре основных момента, которые следует учитывать при определении того, будет ли забивка почвы эффективным методом удержания, заключаются в следующем. Во-первых, необходимо изучить существующие грунтовые условия. Затем следует оценить преимущества и недостатки стенки почвенного гвоздя для конкретного рассматриваемого применения. Затем для конкретного приложения следует рассмотреть возможность использования других систем. Наконец, следует учитывать стоимость почвенной стенки гвоздя. [4] : 13–14 Стенки почвенных гвоздей можно использовать для различных типов почв и условий. Наиболее благоприятные условия для забивания почвы гвоздями: почва должна стоять без опоры на высоте от одного до двух метров в течение минимум двух дней при вертикальном или почти вертикальном срезании. Также все грунтовые гвозди в поперечном сечении должны быть расположены вышеуровень грунтовых вод . Если грунтовые гвозди не расположены над уровнем грунтовых вод, грунтовые воды не должны отрицательно влиять на поверхность выемки, связь между землей и самим грунтовым гвоздем. [4] : 14–15 Основываясь на этих благоприятных условиях для забивки почвы, предпочтительными являются почвы от жестких до твердых мелкозернистых, которые включают жесткие и твердые глины, глинистые илы, илистые глины, песчаные глины и песчаные илы. Песок и гравий от плотных до очень плотных с некоторой кажущейся связностью также хорошо подходят для забивания почвы. Выветренная порода также приемлема, если она равномерно выветрена (что означает отсутствие плоскостей слабых мест). Наконец, ледниковые почвы хорошо подходят для забивки почвы. [4]
Список неблагоприятных или сложных почвенных условий для забивки почвы может включать сухие, плохо градуированные, несвязные почвы, почвы с высоким уровнем грунтовых вод, почвы с булыжником и валунами, от мягких до очень мягких мелкозернистых почв, высококоррозионные почвы, выветрившиеся породы. с неблагоприятными слабыми плоскостями и лёссом. [4] : 15–16 К другим трудным условиям относятся продолжительное воздействие отрицательных температур, климат с повторяющимся циклом замораживания и оттаивания и очень рыхлые зернистые почвы. [4] : 16
Истоки [ править ]
Забивка грунта возникла на основе нового австрийского метода проходки туннелей , который представляет собой систему подземных выработок в горных породах. Этот метод заключается в пассивном стальном армировании породы с последующим применением армированного торкретбетона. Эта концепция сочетания пассивной стальной арматуры и торкретбетона также применялась для стабилизации скальных склонов с начала 1960-х годов. [4] : 23
Первое применение грунтовых гвоздей было осуществлено в 1972 году для проекта расширения железной дороги недалеко от Версаля, Франция . Гвозди были использованы для стабилизации откоса высотой 18 метров (59 футов), состоящего из песчаного грунта. Этот метод оказался более рентабельным, и в то же время сократил время строительства по сравнению с другими традиционными методами поддержки. [4] : 23 Германия была следующей страной, которая начала исследовать грунтовые гвозди. С 1975 по 1981 год Университет Карлсруэ и строительная компания Bauer совместно разработали исследовательскую программу. В рамках этой программы были проведены полномасштабные испытания экспериментальных стен с различными конфигурациями и разработаны процедуры анализа для использования при проектировании. [4] :23 Соединенные Штаты впервые использовали грунтовые гвозди в 1976 году для опоры при выемке фундамента глубиной 13,7 метра (45 футов) в плотных илистых песках. Забивка почвы была осуществлена при расширении больницы Доброго Самаритянина в Портленде, штат Орегон . Эта удерживающая система была изготовлена примерно вдвое быстрее и стоила примерно 85% от стоимости обычных удерживающих систем. [4] : 24
Дизайн [ править ]
После предварительного анализа участка можно приступать к первоначальному оформлению стенки почвенного гвоздя. Это начинается с выбора предельных состояний и подходов к проектированию. Двумя наиболее распространенными предельными состояниями, используемыми при проектировании стенок грунтовых гвоздей, являются предельные состояния прочности и предельные эксплуатационные состояния. [3] : 77 Предельное состояние прочности - это предельное состояние, которое относится к потенциальным механизмам разрушения или состояниям обрушения системы стенок грунтовых гвоздей. [3] : 77 Предельное состояние обслуживания - это предельное состояние, которое направлено на потерю функциональности в результате чрезмерной деформации стенки и определяется ограничениями по напряжению, деформации и ширине трещины облицовки при обычных условиях эксплуатации. [3] : 77Двумя наиболее распространенными подходами к проектированию стенок из грунтовых гвоздей являются расчет по предельному состоянию и расчет эксплуатационной нагрузки. [3] : 77
Первоначальные соображения по проектированию включают расположение стен (высота и длина стен), расстояние между гвоздями по вертикали и горизонтали, рисунок гвоздей на поверхности стены, наклон грунтовых гвоздей, длину и распределение гвоздей, материал грунтовых гвоздей и соответствующие свойства грунта. [4] : 123 С учетом всех этих переменных в уме инженера-проектировщика следующим шагом будет использование упрощенных диаграмм для предварительной оценки длины гвоздя и максимальной силы гвоздя. Длина, диаметр и расстояние между гвоздями обычно определяют внешнюю и внутреннюю устойчивость стены. Эти параметры можно регулировать во время проектирования до тех пор, пока не будут выполнены все требования внешней и внутренней устойчивости. [4] : 130После того, как первоначальный дизайн завершен, продолжается окончательный дизайн, где стенка грунтового гвоздя должна быть испытана на внешние и внутренние виды разрушения, сейсмические характеристики и эстетические качества. [4] : 144 Дренаж, промерзание и внешние нагрузки, такие как ветер и гидростатические силы, также должны быть определены и включены в окончательную экспертизу проекта. [4] : 144 Стенки грунтовых гвоздей не идеальны в местах с высокопластичными глинистыми почвами. Грунты с высокой пластичностью, высоким пределом текучести и низкой прочностью на сдвиг без дренажа подвержены риску длительной деформации (ползучести). [4] : 144
Строительство [ править ]
Когда дизайн завершен, следующим шагом будет строительство. Большинство конструкций стен из грунтовых гвоздей следует определенной процедуре. Сначала выкапывается разрез и при необходимости устанавливается временная распорка. Это делается с помощью обычного землеройного оборудования и гидравлических буровых установок . [3] : 33 Затем отверстия для грунтовых гвоздей просверливаются в заранее определенных местах, указанных инженером-проектировщиком. Оборудование, используемое на этом этапе, зависит от устойчивости материала, в котором поддерживается стенка грунтового гвоздя. Ротационные или роторные ударные методы с продувкой воздухом или сухим шнеком могут использоваться для стабильной почвы. [3] : 33Для нестабильного грунта используются однотрубные и двухрядные роторные методы с продувкой воздухом и водой или методы шнека с полым штоком. [3] : 33 После просверливания отверстий следующим шагом будет установка гвоздей и заливка раствора на место. После того, как все гвозди вставлены, ставится дренажная система. Синтетический дренажный коврик помещается вертикально между шляпками гвоздей, которые доходят до основания стены, где они чаще всего соединяются со сливом в фундаменте. [3] : 35 Наносится слой торкретбетона и устанавливаются несущие плиты перед окончательной облицовкой для завершения стены грунтового гвоздя. [3] : 35 Варианты описанных выше шагов могут потребоваться для включения дополнительных подготовительных задач или дополнительных мероприятий для конкретных условий проекта.
С точки зрения конструкции стены из грунтовых гвоздей имеют решающее преимущество перед другими альтернативами. Стены из грунтовых гвоздей требуют меньшей полосы отвода, чем стены из грунтовых анкеров, и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду. [4] : 17 Установка стен с грунтовыми гвоздями выполняется относительно быстро и обычно требует меньше материалов и меньшего строительного оборудования, чем стены с грунтовыми анкерами. [4] : 17
Сравнение стоимости [ править ]
Одним из больших преимуществ стенок из грунтовых гвоздей является их экономическая эффективность по сравнению с другими альтернативами. При использовании обычных методов строительства с использованием грунтовых гвоздей стены с грунтовыми гвоздями намного более экономичны, чем бетонные гравитационные стены, и так же или более экономичны, чем стены с грунтовыми анкерами. [4] : 18
Инспекция и мониторинг производительности [ править ]
Инспекционные мероприятия играют жизненно важную роль в производстве высококачественных стенок из грунтовых гвоздей, поскольку соответствие планам и спецификациям проекта должно привести к созданию стенок из грунтовых гвоздей, которые будут выполнять свои обязанности в течение установленного срока. Инспекции обычно включают оценку следующего: соответствие компонентов системы спецификациям на материалы, соответствие методов строительства техническим условиям исполнения, соответствие краткосрочным техническим характеристикам и долгосрочный мониторинг. [4] : 156Краткосрочные рабочие характеристики проверяются испытаниями под нагрузкой, в которых используются гидравлические домкраты и насосы для выполнения нескольких нагрузок. Три распространенных испытания под нагрузкой для краткосрочных характеристик - это проверка или испытания под предельной нагрузкой, контрольные испытания и испытания на ползучесть. Проверочные испытания или испытания на предельную нагрузку проводятся для проверки соответствия грунтовых гвоздей вырывной способности и прочности в зависимости от метода установки подрядчика. [4] : 163 Контрольные испытания предназначены для подтверждения того, что процедура строительства подрядчика была последовательной и что гвозди не были просверлены и не заделаны в зоне почвы, не испытанной на этапе проверки. [4] : 163Испытания на ползучесть проводятся, чтобы гарантировать, что нагрузки конструкции гвоздей могут безопасно выдерживаться в течение всего срока службы конструкции. [4] : 163
Долгосрочный мониторинг производительности используется для сбора данных для обеспечения адекватной производительности и уточнения будущих методов проектирования. Измеряемые параметры включают вертикальное и горизонтальное перемещение поверхности стены, локальные перемещения или ухудшение облицовочных элементов, дренаж на землю, нагрузки, распределение нагрузки и изменения нагрузки на гвозди, температуру и осадки. [4] : 170 Этих параметры измерены с помощью несколько специальных инструментов , включая инклинометры , тензодатчики и тензодатчики .
См. Также [ править ]
- Контроль эрозии
Ссылки [ править ]
- ↑ Голдштейн, Натали (сентябрь – октябрь 2001 г.). «Гвоздь почвы» . Контроль эрозии . Forester Media. 8 (6). Архивировано из оригинала на 2011-07-10.
- ^ "Construction d'un mur de soutènement entre Versailles-Chantiers et Versailles-Matelots", S. Rabejac и P. Toudic, Общий обзор железных дорог, 93-е издание, стр 232-237.
- ^ a b c d e f g h i j Руководство по проектированию и мониторингу строительства грунтовых стенок (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Федеральное управление автомобильных дорог США (FHWA). Октябрь 1998 г. FHWA-SA-96-069.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w Циркуляр по геотехнической инженерии № 7: Стены грунтовых гвоздей (PDF) (Отчет). FHWA. 2003. FHWA-IF-03-017.
