Использование струйной геотехнологии для изменения свойств вечномерзлых грунтов оснований зданий и сооружений
Струйную геотехнологию можно использовать для изменения свойств грунтов оснований зданий и сооружений, в том числе и в вечномерзлых грунтах. Известно, что более половины территории России располагается в зоне вечной мерзлоты. При использовании льдистых мерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений часто возникают деформации их при оттаивании и уплотнении под действием строительных нагрузок. В связи с признанным в настоящее время потеплением климата граница вечной мерзлоты отступает к северу. На многих территориях в настоящее время имеются большие площади, где вечномерзлые грунты имеют температуру выше -1°С.
Во многих северных городах происходит обрушение десятков и сотен домов, выполненных на сваях, вмороженных в вечную мерзлоту.
Для протяженных сооружений это также создает большие проблемы. В частности, для железных дорог в таких случаях требуются многократные выправки пути и другие эксплуатационные мероприятия. В ряде случаев наиболее распространенным способом обеспечения требуемой несущей способности оснований является искусственное промораживание толщи грунта в зимнее время.
Однако для высокотемпературной вечной мерзлоты, то есть для мерзлоты с температурами выше -1°С, этот способ может оказаться недостаточно эффективным, особенно для оснований протяженных сооружений: автомобильных и железных дорог, дамб и т.п.
Поэтому, с учетом указанных выше факторов, имеет смысл рассмотреть
целесообразность искусственного управляемого процесса переформирования
вечномерзлых грунтов.
Имеется положительный опыт
использования струйной геотехнологии в вечномерзлых грунтах - для создания
несущих конструкций, а также для разработки вечномерзлых грунтов путем
разрезания их на блоки, с последующим механическим удалением последних (при
давлениях порядка 30 МПа). Это доказывает принципиальную возможность струйного
разрушения вечномерзлых грунтов.
Усовершенствованная струйная геотехнология позволяет выполнять не только закрепление грунтов, но и полное их замещение, например, слабых грунтов другими грунтами, обладающими требуемыми характеристиками.
На рис. 8.11 показана технологическая схема, позволяющая выполнять усиление оснований путем замещения льдистых грунтов песком, то есть путем образования в мерзлом грунте песчаных колонн, особенно при наличии локальных линз мерзлых грунтов. Эти работы могут быть выполнены и под существующими сооружениями. Однако для больших массивов грунта стоимость сплошного замещения довольно высока. Поэтому в этом случае более целесообразным является искусственная ликвидация вечной мерзлоты и принудительная консолидация размороженных грунтов, с использованием в дальнейшем их несущей способности.
Для ликвидации вечной мерзлоты в массиве грунта используется комплексная технология, опирающаяся на многолетний опыт сооружения тонких противофильтрационных завес с использованием струйной геотехнологии. Все работы по указанной технологии проводятся в три этапа.
Рис. 8.11. Замещение линзы вечномерзлого грунта в основании сооружения песчаными колоннами 1 - земляное сооружение; 2 - технологическая скважина; 3-линза вечномерзлого грунта; 4- песчаная колонна
Этапы комплексной технологии для ликвидации вечной мерзлоты
На первом этапе выполняют бурение скважин по заданной сетке, как показано на рис. 8.12. Далее, в скважины последовательно погружают струйный монитор с размывающими насадками, фиксированными в двух направлениях, например, под углом 180° друг к другу, далее в монитор подаются напорная вода и сжатый воздух, и монитор медленно поднимают. Одновременно к монитору подается по гибкому рукаву песчаная пульпа высокой консистенции. Подробнее...
Выполнение противоналедных мероприятий
Струйная геотехнология может использоваться также в северных
районах для выполнения противоналедных мероприятий, в частности, для создания
беструбчатых дренажей.
Беструбчатые дренажи в виде зоны линейной
трещиноватости, создаваемой взрывами камуфлетных зарядов взрывчатых веществ в
скважинах, применяются для ликвидации наледей (понижения уровней подземных вод)
на участках близкого залегания к поверхности скальных пород: гранитов, диабазов,
известняков, песчаников и других крепких магматических или осадочных
метаморфических пород с ограниченным суммарным водопритоком к дренажу (до 8-10
л/с).
Посредством взрывов камуфлетных зарядов в скважинах с образованием перекрывающихся котлов беструбчатый дренаж может быть образован в плотных суглинках и глинах, с заполнением образованной дрены щебнем, гравием или другим фильтрующим материалом.
Буровзрывной беструбчатый дренаж в связных грунтах имеет низкую пропускную способность. В необходимых случаях приходится сооружать несколько параллельных ниток такого дренажа. В качестве перехватывающего буровзрывной беструбчатый дренаж в связных грунтах, по-видимому, не очень эффективен. Последнее объясняется тем, что глинистый грунт в области, примыкающей к дренажу, уплотняется при взрывах, что способствует уменьшению притока.
В глинистых грунтах беструбчатые дренажи могут быть выполнены путем полного замещения естественных грунтов песком в виде пересекающихся песчаных колонн, сооружаемых с помощью описанной выше струйно-вихревой технологии. Из таких пересекающихся песчаных колонн формируется линия беструбчатого дренажа.
Высота колонн замещенного фильтрующего грунта принимается в пределах мощности надмерзлотного талого слоя, ниже глубины сезонного промерзания, в соответствии с требованием пропуска грунтового потока без дополнительного подпора. При необходимости колонны замещенного грунта выполняются в несколько рядов.
Таким же способом, при необходимости, выполняются поглощающие колодцы требуемого сечения. В тех случаях, когда в грунтовом массиве имеются вечномерзлые несвязные грунты, беструбчатый дренаж выполняется путем оттаивания грунта в заданном объеме и в заданной конфигурации - по описанному выше способу размораживания вечномерзлых грунтов.
