Способы искусственного закрепления грунтов: Способы искусственного закрепления грунтов

Способы искусственного закрепления грунтов

Вернуться на страницу «Основания фундаментов»

Способы искусственного закрепления грунтов в основании зданий и сооружений

Достаточно часто приходится возводить сооружения на слабых, рыхлых и сыпучих грунтах. В этих случаях грунты в естественном состоянии имеют сопротивление меньше необходимого. Поэтому, прежде чем возводить сооружение на таких почвах, необходимо повысить их прочность и устойчивость, это достигается созданием искусственных оснований.

Существуют различные способы искусственного закрепления грунтов в зависимости от их физико-механических свойств.

Рис. 1. Виды искусственных оснований: а — устройство гравийных или песчаных подушек; б — физико-химическое закрепление грунта; в — термохимическое; 1 — слой песка, гравия; 2 — трубы для нагнетания закрепляющих растворов; 3 –закрепляемый массив грунта; 4 –оседающие грунты; 5 — грунтовый столб; 6 — скважина для сжигания горючих продуктов

Устройство песчаных подушек (рис.

1 а).

Слабые грунты под подошвой фундамента можно заменить распределительной песчаной подушкой. Подушки применяются для снижения глубины заложения фундаментов, уменьшения общей величины их осадки, повышения прочности основания. Материалом для них служат чистые крупные, средней крупности и мелкие пески без наличия в них глинистых фракций и органических примесей, а также мерзлых включений.

Утрамбованные в грунты щебень или гравий.

Для уплотнения слабых водонасыщенных грунтовых оснований, вместе с их трамбовкой на уровне подошвы фундамента, можно применять утрамбовку щебня, камня, гравия и т.д. Для этого на верхний слой грунта основания насыпают слой щебня высотой до 30 см, который ударами трамбовки уплотняют до тех пор, пока в промежутках между щебнем не появится мягкий грунт. После чего на утрамбованный щебень насыпают еще слой и также трамбуют. Подсыпку щебня и трамбовку повторяют до тех пор, пока удары трамбовки не перестанут давать осадку в верхнем слое грунта. Обычно щебень утрамбовывают на глубину 30 — 60 см.

Физико-химические методы

Закрепление грунтов (рис. 1. б), основанное на нагнетании по перфорированным трубам в грунт соответствующих растворов, при твердении которых, грунт каменеет и имеет значительно большую несущую способность. К основным методам искусственного закрепления основания относят: силикатизацию, смолизацию, цементизацию, электрохимическое закрепление, термическую обработку, битумизацию и глинизацию.

Силикатизация — нагнетание в грунт растворов, которые в своем составе содержат силикат натрия (жидкое стекло). Используются для пылевидных и мелких песков и лессовых грунтов. Силикатизация заключается в закачке в почву через инъекторы жидкого раствора силиката натрия с добавками коагулятора. Глубина закрепления зависит от грунтовых условий и особенностей зданий.

Смолизация — нагнетание в грунт карбамидной смолы с соляной или щавелевой кислотой, используется для закрепления песчаного грунта различной крупности.

Некоторым преимуществом смолизации перед силикатизацией является возможность достижения большей прочности закрепленного массива. В зависимости от коэффициента фильтрации грунта, радиус закрепления во время смолизации колеблется от 0,3 до 1 м.

Цементация — нагнетание в грунт смеси цемента, воды и добавок в виде мелкого песка, каменной муки и т.п. Применяют для грунтов, которые имеют большую водопроницаемость. Для цементации используют растворонасосы. Радиус закрепления определяют опытным путем.

Электрохимическое закрепление грунта— через перфорированный анод вводят в грунт химические вещества, такие, как раствор силиката натрия и хлористого кальция. Введение этих химических веществ позволяет закрепить пылеватые пески, супеси и легкие суглинки.

Термическая обработка почвы применяется в толщах лессовых грунтов. Суть термического закрепления грунта состоит в сжигании жидкого, твердого или газообразного топлива, которое через форсунку под давлением подают в предварительно пробуренные скважины (рис.

1. в). Одновременно в скважину с помощью компрессора через трубу подают воздух, чтобы обеспечить горение. После повышения температуры в скважине до 400 ° С начинается активное выжигания лессового грунта по ее стенкам. В конце процесса создается столб обожженного грунта диаметром 1,5 … 3 м.

Битумизация и глинизация — этот метод используют для уменьшения водопроницаемости грунтов, при этом в скважины нагнетают расплавленный битум или битумную эмульсию с коагулянтом. Битум заполняет полости и трещины в грунте, фильтрация воды прекращается или сильно снижается.

Глинизацию применяют для уменьшения водопроницаемости песков. Нагнетание глинистой суспензии в сравнительно тонкие поры песка приводит к выпадению глинистых частиц — до заиливания песков.

 

 

Методы закрепления грунтов — новости строительства и развития подземных сооружений

Закрепление грунтов — это искусственное изменение строительных свойств грунтов различными физико-химическими способами. Такое преобразование обеспечивает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение сжимаемости и водонепроницаемости. Существует два основных способа закрепления грунтов: поверхностное и глубинное.

Поверхностное закрепление выполняют на глубину до 1 м. При этом способе грунт предварительно разрыхляется, перемешивается с закрепляющими материалами (вяжущие, цемент, известь и др.) и затем уплотняется. Глубинное закрепление предусматривает обработку грунтов без нарушения их естественного сложения путем инъекции закрепляющих материалов,  термообработки   и   замораживания, с использованием предварительно пробуренных скважин, шпуров или забиваемых инъекторов. Инъекцию производят с использованием вяжущих, силикатных материалов и смол.

Методы глубинного укрепления грунтов

Для повышения несущей способности грунтовых оснований применяют следующие способы искусственного закрепления грунтов:

•    Химический (цементация, битумизация и смолизация)
•    Термический
•    Искусственное замораживание
•    Электрический
•    Электрохимический
•    Механический

Химическое закрепление грунтов

Химическое закрепление грунтов инъекцией в строительстве в настоящее время осуществляется способами силикатизации, смолизации и цементации.   Наиболее распространенная и популярная из технологий по закреплению грунтов – это цементация. Цементация — это процесс нагнетания в грунт жидкого цементного раствора или цементного молока по ранее забитым полым сваям. Цементация применяется для закрепления крупно- и среднезернистых песков, трещиноватых скальных пород путем нагнетания в грунт цементного раствора через инъекторы. В зависимости от размера трещины и пористости песка применяют суспензию с отношением цемента к воде от 1:1 до 1:10, а также цементные растворы с добавками глины, песка и других инертных материалов.

Радиус закрепления грунтов составляет в скальных грунтах — 1,2-1,5 м, в крупных песках — 0,5-0,75 м, в песках средней крупности — 0,3-0,5 м. Цементацию производят нисходящими зонами; нагнетание прекращают при достижении заданного поглощения или когда снижение расхода раствора достигнет 0,5 л/мин в течение 20 мин при заданном давлении.

При горячей битумизации в трещины породы  или в гравийно-гравелистый грунт нагнетают через скважины горячий битум, который, застывая, придает грунтам водонепроницаемость. При холодной битумизации, в отличие от горячей, нагнетают 35—45-процентную тонкодисперсную битумную эмульсию. Способ используется для очень тонких трещин в скальных грунтах, а также  для уплотнения песчаных грунтов.

Смолизацию применяют для закрепления мелких песков и выполняют путем нагнетания через инъекторы в грунт смеси растворов карбамидной смолы и соляной кислоты.

Силикацией закрепляют песчаные и лессовые грунты, нагнетая в них химические растворы. Через систему перфорированных трубок-инъекторов в грунт последовательно нагнетаются растворы силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придает грунту значительную прочность и водонепроницаемость.

Термическое закрепление грунтов

Термическое закрепление является результатом сжигания топлива (газообразного, жидкого, сжиженных газов) непосредственно в скважинах, пробуренных на всю глубину закрепляемого грунта.

Закрепление грунта в скважине происходит под действием пламени, а в теле массива — от раскаленных газов, проникающих сквозь поры грунта. В результате вокруг скважины образуется столб обожженного грунта, диаметр которого зависит от продолжительности обжига и количества топлива. Этим способом можно закрепить грунты и устранить их просадочность на глубину до 15 м, доведя прочность в среднем до 1 МПа.

Искусственное замораживание грунтов является универсальным и надежным методом временного закрепления слабых водонасыщенных грунтов. Сущность данного метода заключается в том, что через систему замораживающих скважин, расположенных по периметру и в теле будущей выработки, пропускается хладоноситель с низкой температурой, который, отнимая от окружающего грунта тепло, превращает его в ледогрунтовый массив, обладающий полной водонепроницаемостью и высокой прочностью.

В зависимости от вида хладоносителя различаются два способа замораживания: рассольный и сжиженным газом.

В первом случае рассол-хладоноситель представляет собой высококонцентрированный раствор хлористого кальция или натрия, предварительно охлажденный в испарителе холодильной машины до температуры минус 25° С. В качестве хладагента в холодильных машинах используются аммиак, фреон или жидкий азот. Во втором случае в качестве хладоносителя сжиженных газов используется главным образом жидкий азот, имеющий температуру испарения минус 196° С.

Электрический способ закрепления грунтов

Электрическим способом закрепляют влажные глинистые грунты. Способ заключается в использовании эффекта электроосмоса, для чего через грунт пропускают постоянный электрический ток с напряженностью поля 0,5-1 В/см и плотностью 1-5 А/кв.м. При этом глина осушается, уплотняется и теряет способностью к пучению.

Электрохимический способ отличается от предыдущего тем, что одновременно с электрическим током через трубу, являющуюся катодом, в грунт вводят растворы химических добавок (хлористый кальций и др.

). Благодаря этому интенсивность процесса закрепления грунта возрастает.

Механический способ укрепления грунтов

Механический способ укрепления грунтов имеет следующие разновидности: устройство грунтовых подушек и грунтовых свай, вытрамбовывание котлованов и др.

Устройство грунтовых подушек заключается в замене слабого грунта основания другим, более прочным, для чего слабый грунт удаляют, а на его место насыпают прочный грунт и послойно утрамбовывают. При устройстве грунтовых свай в слабый грунт забивают сваю-лидер. В полученную после извлечения этой сваи скважину засыпают грунт и послойно уплотняют. Вытрамбовывание котлованов осуществляется с помощью тяжелых трамбовок, подвешенных на стреле башенного крана. Этот способ менее сложен, чем способ грунтовых подушек, поскольку не требует замены грунта основания. Также уплотнение котлованов значительных размеров может осуществляться гладкими или кулачковыми катками, трамбующими машинами, виброкатками и виброплитами.

Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети

Виды и способы закрепления грунтов



В данной статье приводится краткий обзор современных методов и видов закрепления грунтов.

Известно, что грунты — это искусственные изменения строительных свойств природных грунтов, применяемых в строительном комплексе и обладающие различными физическими свойствами и способами их залегания. Так, для искусственного изменения грунтов необходимо увеличение их устойчивости, прочности, улучшения проницаемости, сжимаемости, и уменьшения природной чувствительности грунтов к изменению внешней среды, особенно влажности.

Усиляемые грунты должны обладать достаточной природной проницаемостью. Мы знаем, что суглинистые и глинистые грунты в связи с низкой проницаемостью очень плохо поддается химическому закреплению, соответственно, хорошо фильтрующие грунты поддаются закреплению, внедряя в их поры вяжущие вещества. Метод закрепления выбирается в зависимости от грунтовых условий района строительства и производственных возможностей их выполнения.

Существующие разработанные химические способы закрепления очень эффективны для улучшения свойств грунтов под фундаменты существующих построек. Это обусловлено тем, что изменение грунта под фундаментом в камневидное состояние проходит без нарушения эксплуатации здания и сооружения.

Закрепление грунтов является актуальной проблемой современного этапа проведения строительных работ на площадке. В крупных и быстро растущих городах последние несколько лет наблюдается тенденция к замачиванию грунтов техногенными водами, что приводит к ослаблению фундаментов.

Химическое закрепление долговечно и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами. Основными преимуществами являются простота производства работ; портативность применяемого оборудования; короткие сроки выполнения работ; возможность закрепления грунта на любой глубине без проведения каких-либо специальных выработок и земляных работ; вероятность проведения подземных работ без прекращения эксплуатации здания или сооружения.

Как один из видов производства строительных работ закрепление грунтов в самом общем виде представляет собой целенаправленное искусственное преобразование строительных свойств грунтов посредством их химической или физико-химической, механической и термической обработки, с применением соответствующих технологий [1].

В зависимости от способа обработки грунтов, в результате которого улучшаются их свойства, закрепление грунтов подразделяется на следующие виды:

– химическое — когда его основу составляют химические и физико-химические процессы, возникающие в грунтах в результате введения в них определенных химреагентов;

– электрохимическое закрепление, основанное на вторичных химических и физико-химических явлениях электролиза, возникающих в грунтах под действием внешнего поля постоянного электрического тока;

– термическое закрепление, когда улучшение свойств грунтов достигается в результате их обжига в скважинах раскаленными газами или электропрогревом;

– термоконсолидация глинистых водонасыщенных грунтов, когда улучшение строительных свойств достигается самоуплотнением грунтов, обусловленным их нагревом в пределах 50–80 °С.

Так, химическое закрепление в зависимости от способа введения в грунты химических реагентов имеет два направления:

– инъекционное химическое закрепление, когда реагенты в виде растворов или газов вводятся в грунты без нарушения их естественного сложения нагнетанием под давлением;

– буросмесительное закрепление грунтов, осуществляемое с нарушением их естественного сложения, механическим перемешиванием с цементами или другими химическими реагентами и добавками при бурении скважин большого диаметра.

К первому направлению относятся способы силикатизации, смолизации, цементации; второе представлено способом буросмесительного закрепления илов и других сопутствующих им грунтов.

Каждый из способов закрепления имеет свою область применения, строго ограниченную номенклатурой грунтов и определенными характеристиками, а именно: водопроницаемостью и химическими свойствами для всех грунтов, степенью влажности и емкостью поглощения для глинистых грунтов и др.

Основные способы закрепления грунтов и примерные границы их практического применения по номенклатуре, влажности и водопроницаемости приведены в таблице 1.

Силикатизация и смолизация грунтов, в свою очередь, дифференцируются на ряд конкретных способов, которые различаются между собой химической технологией (рецептурой) и целенаправленно применяются для закрепления определенных разновидностей песчаных и просадочных грунтов сообразно их природным свойствам.

Закреплением указанными выше способами достигается значительное повышение несущей способности, прочности и устойчивости всех видов грунтов, с одновременным обеспечением их водостойкости, что открывает большие возможности для практического применения этих способов при строительстве в слабых грунтах.

Для всех без исключения фильтрующих грунтов закрепление позволяет уменьшать или практически полностью устранять их водопроницаемость, что расширяет область его практического применения в качестве противофильтрационных мероприятий, а также мероприятий против неустойчивости этих грунтов в водонасыщенном состоянии, при подземных строительных работах [2].

Таблица 1

Номенклатура влажности иводонепроницаемости

Способ закрепления	Вид грунтов	Природная степень влажности	Коэффициент фильтрации, м/сут
Силикатизация	Просадочные лессы, лессовидные и некоторые виды покровных суглинков	Не более 0,7	Не менее 0,2
	Песчаные	Независимо от влажности	0,5–80
Смолизация	Песчаные	Независимо влажности	0,5–50
Цементация	Пустоты большого размера. Трещиноватые скальные, крупнообломочные и гравелистые песчаные	—	Для скальных 0,01 Для нескальных 50
Буросмесительное закрепление	Илы. а также сопутствующие им глины в суглинки мягкопластичной, текучепластичной, текучей консистенции, рыхлые и средней плотности пески	—	Независимо от водопроницаемости
Термическое закрепление	Просадочные лессы и лессовидные суглинки, непросадочные суглинки и глины	Не более 0,5	Независимо от водопроницаемости

Разработанные лабораторией и применяемые в строительстве химические способы закрепления гравий-илистых, песчаных, суглинистых и глинистых грунтов основаны на инъекции, т. е. нагнетании химических растворов в грунт. Очевидно, что процесс нагнетание может быть осуществлен только при условии, когда закрепляющие растворы будут проникать в грунт без нарушения его структуры. Отсюда следует, что технология определяет границы применимости того или иного способа. В первую очередь это связано с вязкостью нагнетаемых растворов, единичным расходом и давлением при нагнетании. Одновременно с этим границы применения способов должны учитывать также радиус закрепления, прочность создаваемого массива грунта или степень снижения его водонепроницаемости. Нижняя граница применения способа указывает на обеспечение необходимого радиуса закрепления, а значит и монолитного закрепления или уплотнения грунта [3].

Границы применения всех способов даны по коэффициенту фильтрации (рис.1).

Одновременно с этим некоторые из способов сообщают закрепленному грунту различные свойства; по ним способы можно разделить на следующие классы:

1) Резко изменяют строительные свойства закрепленного грунта и значительно повышают его механическую прочность и водонепроницаемость;

2) Сообщают закрепляемому грунту только водонепроницаемость;

3) Увеличивают водоустойчивость и плотность грунта.

Рис. 1. Классификация химических способов закрепления грунтов проф. Б. А. Ржаницына: 1 — закрепление с прочностью от 10 до 50 МПа; 2 — уплотнение с прочностью от 2 до 5 МПа; 3 — стабилизация; 4 — кислый гель; 5 — щелочный гель.

Из данных приведенных на рисунке видно, что цементацию следует применять для прочного закрепления гравелистых и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации от 80 до 500 м/сут. Нижний предел характеризуется крупными песками, в поры которых могут проникать частицы цемента современного помола. Для придания водонепроницаемости песчаным грунтам, в которых применение цемента физически невозможно, его заменяют силикатными глиносиликатными растворами, которые могут придавать водонепроницаемость песчаным грунтам с коэффициентом фильтрации от 20 до 100м/сут.

Прочное закрепление песчаного грунта осуществляется путем применения двухрастворного способа силикатизации. Этот способ целесообразно применять в грунтах с коэффициентом фильтрации от 2 до 80м/сут.

Ряд однорастворных способов силикатизации может применяться в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 5м/сут. Эти способы сообщают грунтам, главным образом, водонепроницаемость. Однорастворный способ силикатизации с применением кремнефтористоводородной кислоты сообщает песчаным грунтам значительную прочность и водонепроницаемость и может быть применен в грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,5 до 20м/сут.

Одонорастворный способ силикатизации, при котором используется химически активные вещества самого грунта, разработан для закрепления просадочных лессовых грунтов. Способ применим в просадочных грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2,0м/сут, причем влажность его не должна превышать 17 %, т. е. толща лесса должна находиться выше уровня грунтовых вод. При большой влажности, порядка 20–22 %, применяется газовая силикатизация, когда сначала в грунт нагнетается углекислый газ, затем силикат и затем опять углекислый газ. Проведение этих работ может осуществляться только весьма опытными специалистами. В результате применения газовой силикатизация грунту сообщается прочность и водоустойчивость.

Прочное закрепление песчаных грунтов с приданием массиву водонепроницаемости выполняется способом смолизации, если грунт имеет коэффициент фильтрации от 0,5 до 20м/сут.

Что касается способа электрохимического закрепления, то его применение позволяет придать глинистым грунтам водоустойчивость, т. е. ликвидировать размокание и набухание грунта в воде. Область применения этого способа ограничивается следующими значениями коэффициента фильтрации: при двухрастворной электросиликатизации от 0,05 до 0,2 м/сут, при однорастворной — от 0,005 до 0,2 м/сут.

Таким образом, существует несколько способов закрепления грунтов: цементация, силикатизация, смолизация, термический способ, электрохимический, битумизация, глинизация, импульсный метод.

Литература:

1. Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве (к СНиП 3.02.01–83). — М.: Стройиздат, 1986.
2. Ананьев В. П., Воляник Н. В. Инженерное грунтоведение и техническая мелиорация грунтов: Учебное пособие. Ростов-на-Дону: РГАС, 1994. — 87с
3. Ржаницын Б. А. Химическое закрепление грунтов в строительстве.-М.: Стройиздат, 1986–264с.

Основные термины (генерируются автоматически): грунт, коэффициент фильтрации, способ силикатизации, закрепление грунтов, влажность, закрепление, прочное закрепление, свойство, химическое закрепление, естественное сложение.

Группа компаний ИНФРА-М

Актуальность

Проблема строительства на слабых грунтах часто появляется при реконструкции зданий и строительстве новых сооружений. Основание, сложенное слабыми грунтами может не выдержать нагрузок, передаваемых от сооружений. Для того, чтобы строительство на таких грунтах не привело к аварийным ситуациям, необходимо проводить специальные мероприятия по закреплению слабых грунтов основания.

К особым видам грунтов, то есть к слабым грунтам, относятся грунты с неустойчивыми структурными связями. Это такие грунты, как мерзлые, вечномерзлые, лессовые, набухающие, засоленные, насыпные грунты, торфы и заторфованные грунты, а также слабые водонасыщенные глинистые грунты. Таким грунтам свойственно резкое снижение прочности структурных связей между частицами при некоторых обычных для строительства и эксплуатации сооружений воздействиях: нагревание, увлажнение, быстрое нагружение или вибрационное воздействие [1].

Для того, чтобы повысить несущую способность слабых грунтов и уменьшить их деформации существуют различные способы искусственного закрепления грунтов. Эти способы условно можно разделить на три группы:

• физико-химические – укрепление массива грунта при помощи влияния физических полей или улучшение характеристик грунтов, при помощи нагнетания в их толщу специальных растворов;
• механические – улучшение свойств грунта при помощи его уплотнения;
• конструктивные – улучшение характеристик грунтов, при помощи использования материалов, армирующих грунт [2].

 

Физико-химические методы искусственного закрепления грунтов

К первой группе методов искусственного закрепления грунтов относится термическое закрепление, силикатизация, смолизация, битумизация, цементация, использование энзимов и электроосмос. Эта группа методов предполагает введение в грунт реагентов и минеральных частиц, взаимодействующих между собой. Применение этой группы методов требует тщательного анализа в каждом случае использования, так как несмотря на незначительную стоимость растворов, оборудование является весьма дорогостоящим.

Термическое закрепление грунтов основано на термической обработке грунтов газообразными продуктами горения жидкого или газообразного топлива, сжигаемого у устья скважины или в толще грунта. Основными составными частями нагревательной установки являются генератор сжатого воздуха и форсунка. Обжиг скважин начинается с разогрева ее верхнего участка, для создания фронта воспламенения топлива. После этого постепенно увеличивается расход газа и воздуха до расчетных значений, создается рабочий режим: давление 0,01-0,03 МПа, температура 800-1000 °С [3].

Силикатизация и смолизация грунтов – это химическая обработка грунтов различными реагентами нагнетанием их в закрепляемые грунтовые массивы под давлением. Закрепление силикатизацией и смолизацией заключается в нагнетании под давлением в поры естественных грунтов отверждающихся и закрепляющих грунты химических растворов. Нагнетание реагентов производят насосами или сжатым воздухом из специальных емкостей через заглубляемые в грунты инъекторы [4].

Метод битумизации основан на том, что в грунты нагнетается жидкий битум. Для нагнетания битума в грунт бурят скважины по контуру котлована на расстоянии 0,7–1,0 м одна от другой. В буровую скважину опускают инъектор с отверстиями, через которые битум проникает в скважину.

Явление электроосмоса основано на том, что при пропускании через грунт постоянного тока, в грунтах происходят физико-химические процессы, приводящие к упрочнению и осушению грунта (рис. 1).

В данном методе на участке закрепления в грунт, на заданную глубину, на расстоянии 1-3 м друг от друга, внедряют металлические стержни, через которые пропускают постоянный ток. Под действием электрического тока, к отрицательному электроду движется вода и, одновременно с этим, взвешенные в воде частицы грунта перемещаются к положительному электроду [5]. В результате, на катодном электроде образуется монолит грунтовой сваи. Ток пропускают силой 2-10 А и напряжением 60-150 в течение 6-45 дней [6].

Сущность технологии струйной цементации (Jet-grouting) заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивания грунта с цементным раствором. Поле того, как раствор затвердеет, образуется новый материал – грунтобетон, который обладает высокими деформационными и прочностными характеристиками [7]. Этот способ позволяет укрепить слабый массив грунта, который расположен на определенной глубине на всю толщину данного слоя, что дает возможность укреплять определенный слабый слой и получить существенную экономическую выгоду [8].

Метод укрепления грунтов при помощи энзимов используют для линейных объектов. Энзимы можно отнести к высокомолекулярным белкам, они действуют как гидрофобизаторы, в результате чего создается более прочный грунт из-за изменения структуры воды и ее удаления [9].

 

Механические методы искусственного закрепления грунтов

Вторая группа методов предполагает улучшение свойств оснований при помощи его уплотнения, которое может производиться пригрузкой, вибрированием, трамбованием и взрывами.

Метод уплотнения грунта пригрузкой способствует ускорению консолидации грунта, в связи с увеличением нагрузки. Эффективность метода зависит от требуемой степени консолидации, сжимаемости основания и величины нагрузки.

Метод виброуплотнения – это создание вибрации, передающейся от одной частицы грунта к другой, что приводит их в движение. Связи между частицами разрушаются, происходит уплотнение и взаимное перемещение частиц грунта.

Метод трамбования заключается в послойном уплотнении грунта при помощи трамбовок, ручных или механизированных. Процесс трамбования продолжают до тех пор, пока поверхность грунта при каждом последующем падении не будет опускаться на одну и ту же величину.

Метод уплотнения взрывами характеризуется простотой производства работ, происходит достаточно быстрое уплотнение, а также этот способ имеет небольшую стоимость.

 

Конструктивные методы искусственного закрепления грунтов

Третья группа методов искусственного закрепления грунта предполагает его армирование готовыми элементами из различных материалов, которые обладают большой прочностью на растяжение. Из-за того, что эта группа методов не предполагает изменение свойств грунта, в отличие от двух других групп методов, которые сложно контролировать, конструктивные методы считаются наиболее популярными. Эта группа методов включает в себя устройство грунтовых подушек и армирование грунта.

Устройство грунтовых подушек дает возможность снизить давление на подстилающий слабый слой грунта. Это позволяет уменьшить расчетные деформации оснований [10].

Геотекстиль (рис. 2) является многослойным полимерным полотном, пропускающим воду, но вместе с этим, он не позволяет слоям смешиваться. Этот материал обладает большой прочностью и распределяет нагрузку между слоями.

 

Рис. 2. Геотекстиль

Геосетка (рис. 3) воспринимает растягивающие нагрузки, применяется в качестве арматуры тонкого слоя, а также используется в сочетании с другими полимерными материалами.

Рис. 3. Геосетка

Георешетка (рис. 4) – это трехмерная конструкция, которая состоит из полимерных перфорированных лент, позволяющая удерживать движение во всех плоскостях.

Рис. 4. Георешетка

Геоматрица (рис. 5) представляет собой пространственную ячеистую конструкцию из текстиля с линейно расположенными квадратными ячейками с гибким дном-основанием, работающем на растяжение, препятствующем продавливанию грунта сквозь ячейки и распределяющее нагрузку, которая действует на грунт в процессе эксплуатации.

Рис. 5. Геоматрица

Метод укрепления геосинтетиками в настоящее время стал популярным, из-за большого их разнообразия, простоты и эффективности технологии. Различают тканый и нетканый геотекстиль. Нетканый геотекстиль представляет собой плоскую структуру, состоящую из синтетических волокон, которые соединены между собой механическим методом, этот материал не подвержен гниению, через него не прорастают корни растений, структура имеет хорошие прочностные и фильтрующие свойства. Тканый геотекстиль – это плоская или системная структура, которая соткана из нескольких рядов синтетических лент, переплетенных между собой, этот материал прочен и морозостоек, действует как арматура [11].

Слабые грунты необходимо стабилизировать, повысить их прочностные характеристики и уменьшить сжимаемость. После этих предварительных работ на основании можно возвести устойчивый фундамент.

Использование геоматериалов для повышения характеристик слабых грунтов показан на примере устройства грунтовой дороги (рис. 6).

Рис. 6. Схема устройства грунтовой дороги:

1 – грунт, 2 – геотекстиль, 3 – георешетка с наполнителем, 4 – дорожное покрытие

Монтаж георешетки состоит из следующих этапов: производят разбивку участка и выравнивание поверхности, затем укладывают рулоны материала и заполняют ячейки грунтом, слой которого не должен возвышаться над георешеткой более чем на 50 мм. После этого производят уплотнение конструкции.

 

Область применения способов закрепления слабых грунтов

При выборе метода закрепления слабых грунтов прежде всего необходимо учитывать инженерно-геологические условия площадки строительства (табл. 1).

Таблица 1

 

Метод закрепления	Разновидность	Рекомендуемые грунтовые условия
Физико-химические	Термическое закрепление	Лессовидные, неводонасыщенные пылевато-глинистые грунты
	Силикатизация	Пески, пылеватые пески (плывуны), лессовые, просадочные грунты
	Смолизация	Песчаные, лессовые грунты
	Битумизация	Скальные трещиноватые породы, пески
	Цементация	Гравелистые, крупные и среднезернистые пески, глины
	Энзимы	Глинистые грунты
	Электроосмос	Водонасыщенные связные грунты (супеси, суглинки)
Механические	Пригрузка	Просадочные, набухающие, техногенные, сильносжимаемые, органические, рыхлые песчаные
	Вибрирование	Песчаные, песчано-гравелистые грунты
	Трамбование
	Взрывы	Просадочные грунты, супеси, суглинки, лессовые грунты
Конструктивные	Устройство грунтовых подушек	Просадочные грунты
	Армирование грунта	Глинистые, просадочные, техногенные, на территориях со сложными гидрогеологическими климатическими условиями

 

Как видно из таблицы 1, для закрепления несвязных грунтов чаще всего используют такие методы, как силикатизация, смолизация, битумизация, цементация, вибрирование и трамбование. Для закрепления глинистых грунтов применяют методы термического закрепления грунтов, цементации, использования энзимов, электроосмоса, уплотнения взрывами, устройства грунтовых подушек и армирования грунта.

Поскольку все грунты подразделяются по гранулометрическому составу, плотности, влажности и другим показателям, выбор метода закрепления грунта будет обусловлен физико-механическими характеристиками слабого грунта.

Так, способы механического уплотнения грунтов (вибрирование, трамбование, пригрузка) применимы по отношению к недостаточно плотным песчаным и насыпным грунтам. В результате внешних силовых воздействий в уплотняемом материале накапливаются необратимые (остаточные) деформации, способствующие повышению его плотности.

Метод цементации используется по отношению к гравелистым грунтам, а также к крупным пескам и пескам средней крупности. В таких грунтах жидкий цементный раствор затвердевая, заполняют поры грунта, придавая ему камневидную структуру. Наибольший эффект получается при цементации крупнообломочных грунтов, крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации от 80 до 200 м/сут. Трещиноватые скальные грунты можно цементировать только при ширине трещин в них более 0,1 мм. Для усиления сильно трещиноватых скальных грунтов используют метод битумизации.

Цементация трудноосуществима в мелких песках и совсем непригодна для укрепления илистых, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтов. Поскольку суспензия из взвешенных в воде частиц цемента не может проникнуть в грунты с мелкими порами, для закрепления таких грунтов применяют силикатизацию и смолизацию. В данных методах в грунты вводятся специальные составы, заполняющие поровое пространство грунта, твердеющие с течением времени при соответствующих условиях (при наличии отвердителя). Создаются новые связи между частицами, что приводит к увеличению прочности уменьшению сжимаемости грунта.

Термическое закрепление эффективно для лессовых просадочных грунтов. При термическом закреплении у лессовых грунтов, полностью ликвидируются присадочные свойства и размокаемость, во много раз повышается сцепление и сопротивляемость сдвигу. Под действием высокой температуры отдельные минералы, которые входят в состав скелета грунта, оплавляются. В результате чего образуются прочные водостойкие структурные связи между частицами грунта.

Энзимы применяют для закрепления всех связанных и несвязанных грунтов, таких как глина или тонкая глина. При добавлении энзимов и применении специальной техники естественный процесс уплотнения грунта ускоряется. Несущая способность и плотность грунта при воздействии стабилизатора грунта постоянно улучшаются. После внедрения в толщу энзимов, грунт становится водоотталкивающим. Обработанный и уплотнённый грунт препятствует проникновению капиллярной воды, осадочной и грунтовой воды и становится морозоустойчивым.

Для стабилизации водонасыщенных глинистых грунтов используют электроосматическое закрепление грунтов. В данном методе инъекционные растворы проникают в грунт в ионном виде. В результате электрохимической обработки слабые глинистые грунты становятся более прочными и водостойкими, а морозное выпучивание их значительно снижается.

Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание слоя непросадочного грунта, который обладает повышенными прочностными характеристиками, малой сжимаемостью в водонасыщенном состоянии и низкой фильтрационной способностью. В связи с этим грунтовые подушки часто устраивают на просадочных грунтах.

Армирование грунтов способствует изменению свойств грунтовой среды за счет изменения условий работы грунта путем введения искусственных элементов, обеспечивающих восприятие повышенных сжимающих и растягивающих напряжений. Оно применяется на всех типах слабых грунтов, так как для армирующих элементов не так уж важны свойства армируемых грунтов.

 

Заключение

На выбор метода закрепления слабых грунтов оказывают влияние многие факторы, такие как: инженерно-геологические условия площадки строительства; климатические особенности района строительства; объемы выполняемых работ; то, на каком этапе выполняется усиление грунта (новое строительство или реконструкция). Таким образом, при выборе метода закрепления грунта следует учитывать целый ряд особенностей, свойственных для конкретного объекта. Выбор метода должен быть обоснован технико-экономическим сравнением нескольких вариантов закрепления слабых грунтов основания.

Закрепление грунтов

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ (а. stabilization of earth, stabilization of ground rocks; н. Воdenbefestigung; ф. соnsolidation des sols; и. estabilizacion de suelos) — искусственное увеличение несущей способности, прочности, водонепроницаемости, сопротивления размыву и т.п. массива горных пород (в условиях их естественного залегания), непосредственно воспринимающего нагрузки от сооружений. Закрепление грунтов применяется при проходке горных выработок, строительстве промышленных и гражданских зданий на просадочных грунтах, для укрепления откосов выемок дорог и стенок котлованов в водонасыщенных грунтах, в качестве противооползневых мероприятий, при создании противофильтрационных завес в основании гидротехнических сооружений, гидроизоляции фундаментов от воздействия агрессивных промышленных вод, для увеличения несущей способности свай и опор большого диаметра и т.д.

Основные способы закрепления грунтов: цементация, глинизация, битумизация горных пород, искусственное замораживание грунтов; применяются также силикатизация, смолизация, методы электрохимического или термического воздействия. Способ силикатизации основан на использовании силикатных растворов. Закрепление среднезернистых песков осуществляется с помощью, так называемого, двухрастворного способа, состоящего в последовательном нагнетании в грунт растворов силиката натрия и хлористого кальция. Получающийся в результате реакции гель кремниевой кислоты придаёт грунту значительную прочность и водонепроницаемость. Мелкие пески закрепляют раствором силиката натрия с добавкой фосфорной кислоты. В лёссовые грунты нагнетается лишь раствор силиката натрия; роль второго раствора выполняют соли самого грунта.

Смолизация — нагнетание растворов синтетических смол с добавками отвердителей и ускорителей схватывания. Применяется для закрепления, повышения прочности и водонепроницаемости мелкозернистых несвязных грунтов, тонкотрещиноватых и пористых горных пород. Для глинистых грунтов, где нагнетание растворов невозможно, используется электрохимический способ закрепления, основанный на пропускании постоянного электрического тока через грунт, в который вводится раствор хлористого кальция, в результате чего грунт обезвоживается и уплотняется. Реакции обмена, происходящие при этом в приэлектродной зоне, также способствуют уплотнению и закреплению грунта. Электрохимическое закрепление грунтов подразделяется на электроосушение, электроуплотнение и электрозакрепление. Для упрочнения просадочных лёссовых грунтов применяется термическое закрепление грунтов , осуществляемое обжигом закрепляемых грунтов газообразными продуктами горения топлива, имеющими температуру 700-1000° С. Наиболее эффективным является сжигание топлива непосредственно в толще грунта.

VIII. Химическое закрепление грунтов

Глава VIII. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ

§ VIII.1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ

VIII.1.1. Общие положения

Закрепление грунтов — это искусственное преобразование строительных свойств грунтов, используемых в строительстве, различными физико-химическими способами в условиях их естественного залегания.

Искусственное преобразование грунтов предполагает увеличение их прочности, устойчивости, уменьшение водопроницаемости, сжимаемости, а также ослабление чувствительности природной прочности грунтов к изменению внешней среды, особенно влажности.

Рациональное применение физико-химических способов закрепления грунтов на современном уровне их развития решает следующие вопросы строительной практики:

• – усиление фундаментов под существующими сооружениями;
• – строительство промышленных и гражданских сооружений на просадочных грунтах;
• – вскрытие насухо котлованов в водонасыщенных грунтах;
• – проходка подземных выработок;
• – создание противофильтрационных завес в аллювиальных грунтах в связи со строительством на них высотных земляных и каменнонабросных плотин;
• – защита бетонных сооружений (фундаментов) от вредного влияния агрессивных грунтовых вод нагнетанием (инъекции) в грунты затвердевающих химических реагентов, а также введением специальных противокоррозионных добавок в грунты обратной засыпки;
• – увеличение несущей способности свай и опор большого диаметра последующим закреплением грунта ниже их конца [19, 45].

В зависимости от требований, предъявляемых к закрепленному грунту, можно выделить две категории способов:

• – быстро и прочно закрепляющие грунты. К ним относятся двухрастворная силикатизация, однорастворная силикатизация с применением кремнефтористоводородной кислоты, однорастворная силикатизация лессов, смолизация и инъекция цементно-глинистых растворов;
• – придающие грунтам водонепроницаемость и малую прочность. К ним относятся случаи использования глино-силикатных, глиноалюмосиликатных и силикатных тампонажных растворов [30].

Закрепление осуществляется нагнетанием в грунт под давлением через скважины-инъекторы маловязких химических растворов, а также воздействием на грунт электрического тока, нагреванием и охлаждением. Химические растворы с течением времени затвердевают, превращая водонепроницаемый грунт в камень.

Основным критерием, необходимым при выборе способа закрепления грунтов, является их проницаемость, характеризующаяся коэффициентом фильтрации. Чем меньше коэффициент фильтрации грунта, т.е. чем меньше его проницаемость, тем труднее осуществлять инъекцию химических растворов. Поэтому инъекции легко поддаются трещиноватые, кавернозные несвязные грунты с достаточно высоким коэффициентом фильтрации и практически исключаются глины и илы, проницаемость которых ничтожно мала.

Для того чтобы инъекция стала возможной, необходимо соблюдать строгое соотношение между размерами частиц раствора и инъектируемой среды. Это соотношение соответствует полному пропитыванию среды и основывается не только на проницаемости первой, но и на вязкости применяемых химических растворов: чем меньше вязкость, тем выше их проникание. При глубинном закреплении не нарушается естественное сложение грунтов. Для глубинного воздействия на грунты используются указанные выше способы.

Химическое закрепление долговечно и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами (замораживанием, кессонным и др.). Основные преимущества:

• – простота производства работ;
• – портативность применяемого оборудования;
• – короткие сроки выполнения работ;
• – возможность закрепления грунта на любой глубине без проведения каких-либо специальных выработок и земляных работ;
• – вероятность проведения подземных работ без прекращения эксплуатации здания или сооружения.

Рис. VIII-1. Классификация физико-химических способов закрепления грунтов проф. Б. А. Ржаницына

Выше приведена классификация способов закрепления грунтов, предложенная д.т.н., проф. Б. А, Ржаницыным, проиллюстрированная рис. VIII-1. В этой классификации указаны химические реагенты, используемые в различных рецептурах, границы применения этих рецептур, характер геля и закрепления.

По горизонтали в таблице приведены наименования грунтов и величина их коэффициента фильтрации. При этом наиболее крупнозернистые, более проницаемые грунты расположены в левой части таблицы с постепенным уменьшением их водопроницаемости по направлению к глинам, помещенным в правой части таблицы. Исходные материалы для закрепления грунтов представлены цементом, силикатом и смолами. Введение химических растворов в глинистые грунты осуществляется под действием постоянного электрического тока.

Для хорошо проницаемых грунтов разработана рецептура цементно-глинистых растворов. Поскольку современный помол цемента не позволяет цементным частицам проникать в поры песков, то закрепляются эти грунты раствором, состоящим из силиката и глины. При этом в зависимости от качества используемой глины границы применимости характеризуются грунтами с коэффициентом фильтрации 50—100 м/сут для местных глин в 20—50 м/сут для бентонитовых глин.

Для прочного закрепления песчаных грунтов разработан способ, основанный на поочередном нагнетании двух растворов: силиката натрия и хлористого кальция. В результате химической реакции между этими двумя растворами в порах песчаного грунта выделяется гель кремневой кислоты, грунт быстро закрепляется, становится водонепроницаемым с прочностью закрепления 1,5—5 МПа, а само закрепление долговечно.

Для мелкозернистых песчаных грунтов, имеющих коэффициент фильтрации 0,5—5 м/сут, разработан способ однорастворной силикатизации с помощью фосфорной кислоты, серной кислоты и сернокислого алюминия, алюмината натрия, кремнефтористоводородной кислоты. При этом способ однорастворной силикатизации с помощью кремнефтористоводородной кислоты более эффективен и дает значительную прочность закрепления порядка 2—4 МПа.

Закрепление мелкозернистых песчаных грунтов карбамидной смолой (КМ с отвердителем в виде 3%-ной или 5%-ной HCl) обеспечивает этим грунтам достаточно высокую прочность закрепления порядка 5 МПа, Способ смолизации, основанный на использовании карбамидной смолы и соляной кислоты в качестве отвердителя, успешно применяется в строительстве и в связи с развитием химии и удешевлением исходных для закрепления химических продуктов находит все более широкую сферу применения.

Способ смолизации карбонатных песков заключается в использовании для предварительной обработки этих грунтов, а также для гелеобразования растворов, кислот, образующих на поверхности карбонатов защитные пленки, препятствующие нейтрализации отвердителей из карбамидных золей. В качестве таковых используются растворы щавелевой и кремнефтористоводородной кислот.

Просадочные лессовые грунты закрепляются с помощью однорастворной силикатизации, в рецептуру которой входит раствор силиката натрия с плотностью 1,13 г/см³. Прочность закрепления 1,6—2 МПа.

Закрепление глинистых грунтов основано на явлении электроосмоса. При вводе в грунт химических растворов глинистому грунту сообщается водоустойчивость и ликвидируется пучинистость. Этот способ применяется для придания устойчивости откосам железнодорожных выемок в глинистых грунтах.

Прочно вошли в практику гидротехнического строительства тампонажные глинистосиликатные, силикатные и алюмосиликатные растворы.

В приводимую классификацию вошли два новых способа — аммонизация и газовая силикатизация, разработанные в 1968 г. Аммонизация предназначена для закрепления просадочных лессовых грунтов в целях придания им свойств непросадочности при обильном замачивании их в основании зданий. В основу метода положено свойство газообразного аммиака, вводимого в грунт под небольшим давлением через инъекторы, взаимодействовать с его поглощающим комплексом, в результате чего образуется высокодисперсный Са (ОН)₂, который в свою очередь, реагируя с кремнеземом и коллоидной кремневой кислотой грунта, образует известковистокремнеземистое вяжущее, стабилизирующее грунт [23, 43].

Газовая силикатизация применима для песчаных и лессовых грунтов. Она осуществляется по двум схемам: без предварительной обработки грунта углекислым газом — грунт + раствор силиката натрия +СО₂ и с предварительной обработкой — СO₂ + грунт + раствор силиката натрия + СО₂. В результате взаимодействия углекислого газа с раствором силиката натрия последний отверждается (выпадает гель SiO₂), что и сообщает грунту прочность и водоустойчивость. Предварительная активизация грунтов углекислым газом повышает прочность закрепления на 25—30% в инертных песках и на 50% в карбонатных песках и лессах [23, 43, 45].

Материалы совещания по закреплению грунтов

Материалы к VI Всесоюзному совещанию по закреплению и уплотнению грунтов

Рекомендации по лабораторному определению физических и механических свойств глинистых грунтов при производстве инженерных изысканий

Соколович В.Е. Новое в химии закрепления грунтов

СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты

Закрепление грунтов | Строительная компания Водстрой, Красноярск

Наши специалисты используя многолетний опыт работы по закреплению грунтов и фундаментов, способны выполнить работы используя различные технологии закрепления грунта:

• тампонирование;
• водопонижение;
• шпунтовое ограждение. 

Работы по закреплению грунтов и фундаментов выполняются максимально быстро и с высоким качеством работ, закрепление грунтов особенно актуально для грунтов с высоким уровнем подземных вод. АO «Водстрой» выполняет полный цикл работ по укреплению фундаментов.

Немного о закреплении грунтов:

Закрепление грунтов — это искусственное изменение физико-механических свойств грунтов, направленное на увеличение несущей способности основания сооружения, повышение деформационных и прочностных характеристик грунта, водонепроницаемости и сопротивлению размыва, применяется с целью создания водонепроницаемых ограждений при разработке котлованов и траншей, борьбы с оплыванием откосов, а также укрепления основания зданий. Например, это необходимо при реконструции аварийных зданий и сооружений, при строительстве новых зданий на слабом грунтовом основании, при проходке подземных выработок, увеличении несущей способности свай и опор большого диаметра с последующим закреплением основания, ниже существующей длины.

 Наиболее распространённая и популярная из технологий по закреплению грунтов-это цементация грунтов. Закрепление грунтов достигается нагнетанием в грунт вяжущих материалов и химических растворов, в одном случае это инъекцирование растворов в грунт поинтервально, в другом-использование энергии высоконапорной струи раствора для разрушения и одновременного перемешивания грунта с цементным раствором  при струйной цементации.

Искусственное закрепление грунтов может выполняться замораживанием, цементацией, силикатизацией, битумизацией, термическими и электрохимическими способами.

Компания «Водстрой» производит все работы в соответствии с пособием по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве к СНиП 3.02.01-83, используя многолетний опыт работы на рынке и высокий уровень квалификации своих специалистов.

Навигация по разделу

Спецработы

16.10.2014

Буронабивные сваи диаметром 400 мм. склад завода Дымов

Окончено устройство БНС (буронабивных свай) под склад завода Дымов г. Красноярск

24.04.2014

СМИ о работе ОАО «Водстрой»

Газета «Ангарская правда» о Нашем предприятии

05.02.2014

Введён в эксплуатацию Объект Богучанской ГЭС

Строительная компания Водстрой завершила строительство одного из объектов Богучанской ГЭС

Разработка подхода искусственного интеллекта для прогнозирования коэффициента консолидации мягких грунтов: анализ чувствительности

[1]	Андерсен KH, Schjetne K. База данных углов трения песка и характеристик уплотнения песка, ила и глины. J Geotech Geoenviron Eng 2012; 139: 1140-55.
[2]	Conte E, Troncone A. Одномерное уплотнение при общей нагрузке, зависящей от времени. Can Geotech J 2006; 43: 1107-16.
[3]	Мориваки Т., Умехара К. Метод определения коэффициента проницаемости глин. Geotech Test J 2003; 26: 47-56.
[4]	Шридхаран А., Нагарадж Х. Коэффициент консолидации и его корреляция с индексными свойствами переформованных грунтов. Geotech Test J 2004; 27: 469-74.
[5]	Аль-Зуби MS. Коэффициент уплотнения наклонным методом. Geotech Test J 2008; 31: 526-30.
[6]	Мутумани А., Фэй Л., Акин М., Ван С., Гонг Дж., Ши Х. Сопоставление лабораторных и полевых испытаний для оценки химикатов для борьбы с обледенением и антиобледенением: обзор возможных подходов. Cold Reg Sci Technol 2014; 97: 21-32.
[7]	Юн Ц.-И, Чунг Ц.-К. Испытание на уплотнение радиального дренажа при постоянной скорости деформации. Geotech Test J 2005; 28: 71-8.
[8]	Pistor C, Yardimci M, Güçeri S.Оперативное уплотнение термопластичных композитов с помощью лазерного сканирования. Compos, Part A Appl Sci Manuf 1999; 30: 1149-57.
[9]	Rizzo I, Vedoya G, Maurutto S, Haidukowski M, Varsavsky E. Оценка токсигенных грибов на аргентинских лекарственных травах. Microbiol Res 2004; 159 (2): 113-20.
[10]	Kanayama M, Rohe A, van Paassen LA. Использование и улучшение нейросетевых моделей для прогнозирования оседания грунта.Geotech Geol Eng 2014; 32: 687-97.
[11]	Псилаки П., Стаматиу К., Илиадис И., Мурлас А., Астерис П., Ваксеванидис Н. Обработка поверхности инструментальной стали против истирания из-за истирания материала MATEC Web of Conferences 2018; 188: 04024.
[12]	Pham BT. Новый классификатор, основанный на составных гиперкубах на повторяющихся случайных проекциях для оценки подверженности оползням. J Geol Soc India 2018; 91: 355-62.
[13]	Pham BT, Prakash I, Khosravi K, Chapi K, Trinh PT, Ngo TQ, et al. Сравнение машин опорных векторов и байесовских алгоритмов для моделирования подверженности оползням. Geocarto Int 2018; 2018: 1-23.
[14]	Nguyen PT, Tuyen TT, Shirzadi A, Pham BT, Shahabi H, Omidvar E, et al. Разработка нового гибридного интеллектуального подхода для пространственного прогнозирования оползней. Appl Sci (Базель) 2019; 9: 2824.
[15]	He Q, Xu Z, Li S, Li R, Zhang S, Wang N, et al. Новый классификатор дерева принятия решений на основе энтропии и ротации Credal для моделирования предрасположенности к оползням. Энтропия (Базель) 2019; 21: 106.
[16]	Тай Фам Б., Тьен Буй Д., Пракаш И. Моделирование восприимчивости к оползням с использованием различных передовых методов деревьев решений. Civ Eng Environ Syst 2018; 35: 139-57.
[17]	Доу Дж., Юнус А.П., Сюй Й., Чжу З., Чен С.З., Сахана М., и др. Характеристики неглубоких оползней, вызванные проливными дождями, и оценка восприимчивости с использованием моделей на основе ансамблевых данных в водоразделе водохранилища Дунцзян, Китай.Nat Hazards 2019; 2019: 1-31.
[18]	Khosravi K, Pham BT, Chapi K, et al. Сравнительная оценка алгоритмов деревьев решений для моделирования восприимчивости к внезапным наводнениям в водоразделе Хараз, северный Иран. Sci Total Environ 2018; 627: 744-55.
[19]	Pham BT, Jaafari A, Prakash I, Singh SK, Quoc NK, Bui DT. Гибридные модели вычислительного интеллекта для картирования потенциала подземных вод. Катена 2019; 182: 104101.
[20]	Miraki S, Zanganeh SH, Chapi K, Singh VP, Shirzadi A, Shahabi H, et al. Картирование потенциала подземных вод с использованием нового гибридного интеллектуального подхода. Управление водными ресурсами 2019; 33: 281-302.
[21]	Хосрави К., Сартадж М., Цай FT-C, и др. Сравнительное исследование методов DRASTIC с различными объективными методами оценки уязвимости подземных вод. Sci Total Environ 2018; 642: 1032-49.
[22]	Камило Д.К., Ломбардо Л., Май П.М., Доу Дж., Хузер Р. Обработка высокой размерности предикторов в моделях подверженности оползням на основе единиц уклона с помощью обобщенной линейной модели со штрафными баллами LASSO. Программное обеспечение модели Environ 2017; 97: 145-56.
[23]	Доу Дж, Чанг К-Т, Чен С., Юнус А.П., Лю Дж-К, Ся Х, и др. Автоматический подход на основе случая для обнаружения оползней: интеграция объектно-ориентированного анализа изображений и генетического алгоритма.Remote Sens 2015; 7: 4318-42.
[24]	Pham BT, Hoang T-A, Nguyen D-M, Bui DT. Прогнозирование прочности мягкого грунта на сдвиг с использованием методов машинного обучения. Катена 2018; 166: 181-91.
[25]	Asteris PG, Kolovos KG, Athanasopoulou A, Plevris V, Konstantakatos G. Исследование механических свойств песчаных смесей на основе метакаолина. Eur J Environ Civ Eng 2019; 23: 300-24.
[26]	Asteris PG, Нику М.Искусственная нейронная сеть на основе пчелиных семей для прогнозирования фундаментального периода заполненных каркасных структур. Neural Comput Appl 2019; 2019: 1-11.
[27]	Asteris PG, Kolovos KG. Прогноз прочности самоуплотняющегося бетона с использованием суррогатных моделей. Neural Comput Appl 2019; 24 (2): 137-50.
[28]	Asteris PG, Moropoulou A, Skentou AD, Apostolopoulou M, Mohebkhah A, Cavaleri L, et al. Стохастическая оценка уязвимости каменных конструкций: концепции, моделирование и аспекты восстановления.Appl Sci (Базель) 2019; 9: 243.
[29]	Чен Х., Астерис П.Г., Джахед Армагани Д., Гордан Б., Фам Б.Т. Оценка динамических условий подпорной стены: разработка двух гибридных интеллектуальных моделей. Appl Sci (Базель) 2019; 9: 1042.
[30]	Сарир П., Чен Дж., Астерис П. Г., Армагани Д. Д., Тахир М. Разработка моделей оптимизации на основе дерева, нейро-роя и китов на основе GEP для оценки несущей способности колонн из стальных труб, заполненных бетоном.Eng Comput 2019; 1-19.
[31]	А. Ашрафян, Р.-Б. Мохаммад, “Прогнозирование прочности на сжатие самоуплотняющегося бетона с использованием суррогатных моделей. Comput Concr 2019.
[32]	Родригес-Галиано В., Санчес-Кастильо М., Чика-Олмо М., Чика-Ривас М. Прогностические модели машинного обучения для перспективности полезных ископаемых: оценка нейронных сетей, случайного леса, деревьев регрессии и опорных векторных машин.Ore Geol Rev 2015; 71: 804-18.
[33]	Trigila A, Iadanza C, Esposito C, Scarascia-Mugnozza G. Сравнение методов логистической регрессии и случайных лесов для оценки подверженности мелководным оползням в Джампильери (северо-восточная Сицилия, Италия). Геоморфология 2015; 249: 119-36.
[34]	Veronesi F, Hurni L. Случайный лес с семантическими связующими точками для классификации форм рельефа и создания точных изображений рельефа с оттенками.Геоморфология 2014; 224: 152-60.
[35]	Das BM. Принципы геотехнической инженерии 2007.
[36]	Шарма Б, Бора ПК. Предел пластичности, предел жидкости и сопротивление недренированному сдвигу при переоценке грунта. J Geotech Geoenviron Eng 2003; 129: 774-7.
[37]	Whitlow R. Основы механики грунтов 1990.
[38]	Дас Б. М., Собхан К. Принципы геотехнической инженерии 2013.
[39]	Spagnoli G, Feinendegen M. Связь между измеренным пределом пластичности и пределом пластичности, рассчитанным на основе недренированного сопротивления сдвигу, коэффициента содержания воды и индекса текучести. Clay Miner 2017; 52: 509-19.
[40]	Брейман Л. Случайные леса. Mach Learn 2001; 45: 5-32.
[41]	Chen C, Liaw A, Breiman L. Использование случайного леса для изучения несбалансированных данных 2004; 110: 1-12.
[42]	Ши Т., Хорват С. Обучение без учителя со случайными предикторами леса. J Comput Graph Stat 2006; 15: 118-38.
[43]	Светник В., Лиав А., Тонг С., Калберсон Дж. К., Шеридан Р.П., Фейстон Б.П. Случайный лес: инструмент классификации и регрессии для составной классификации и моделирования QSAR. J Chem Inf Comput Sci 2003; 43 (6): 1947-58.
[44]	Chung C-JF, Fabbri AG.Валидация моделей пространственного прогнозирования для картирования опасности оползней. Nat Hazards 2003; 30: 451-72.
[45]	Vorpahl P, Elsenbeer H, Märker M, Schröder B. Как статистические модели могут помочь в определении движущих факторов оползней? Ecol Modell 2012; 239: 27-39.
[46]	Pham BT, Nguyen MD, Dao DV, et al. Разработка моделей искусственного интеллекта для прогнозирования коэффициента сжатия почвы: применение анализа чувствительности Монте-Карло.Sci Total Environ 2019; 679: 172-84.
[47]	Khozani ZS, Khosravi K, Pham BT, Kløve B, Mohtar W., Melini WH, et al. Определение кажущегося напряжения сдвига в сложном канале: применение новых моделей интеллектуального анализа данных. Ж Гидроинформ 2019.
[48] ​​	Pham BT, Nguyen MD, Bui K-TT, Prakash I, Chapi K, Bui DT. Новый подход искусственного интеллекта, основанный на многослойной нейронной сети персептрона и оптимизации на основе биогеографии для прогнозирования коэффициента уплотнения почвы.Катена 2019; 173: 302-11.
[49]	Chauhan S, Sharma M, Arora MK. Зонирование подверженности оползням региона Чамоли, Гарвал, Гималаи, с использованием модели логистической регрессии. Оползни 2010 г .; 7: 411-23.
[50]	Corcoran JM, Knight JF, Gallant AL. Влияние данных из нескольких источников и разновременных данных дистанционного зондирования и дополнительных данных на точность случайной классификации лесов водно-болотных угодий в Северной Миннесоте.Remote Sens 2013; 5: 3212-38.
[51]	Veerasamy R, Rajak H, Jain A, Sivadasan S, Varghese CP, Agrawal RK. Валидация моделей QSAR — стратегии и важность. Int J of Drug Design Discove 2011; 3: 511-9.
[52]	Дао Д.В., Ли Н-Б, Тринь Ш, Ле Т-Т, Фам ВТ. Подходы искусственного интеллекта для прогнозирования прочности на сжатие геополимерного бетона. Материалы (Базель) 2019; 12 (6): 983.
[53]	Cavaleri L, Asteris P, Psyllaki PP, Douvika M, Skentou AD, Vaxevanidis NM.Прогнозирование влияния обработки поверхности на трибологические характеристики инструментальных сталей с помощью искусственных нейронных сетей. Appl Sci (Базель) 2019; 9: 2788.
[54]	Cavaleri L, Chatzarakis GE, Trapani FD, Douvika MG, Roinos K, Vaxevanidis NM, et al. Моделирование шероховатости поверхности при электроэрозионной обработке с использованием искусственных нейронных сетей. Adv Mat Res 2017; 6: 169-84.
[55]	Bonadonna C, Коста А.Оценка объема отложений тефры: новая простая стратегия. Геология 2012; 40: 415-8.
[56]	Asteris PG, Tsaris AK, Cavaleri L, et al. Прогнозирование фундаментального периода заполненных структур RC-кадра с использованием искусственных нейронных сетей. Comput Intell Neurosci 2016; 20165104907
[57]	Willmott CJ, Matsuura K. Преимущества средней абсолютной ошибки (MAE) над среднеквадратичной ошибкой (RMSE) при оценке средней производительности модели.Clim Res 2005; 30: 79-82.
[58]	Чай Т., Дракслер РР. Среднеквадратичная ошибка (RMSE) или Средняя абсолютная ошибка (MAE)? — Аргументы против исключения RMSE в литературе. Geosci Model Dev 2014; 7: 1247-50.
[59]	Barnston AG. Соответствие между корреляцией, RMSE и мерами проверки прогнозов Хайдке; уточнение партитуры Хайдке. Прогноз погоды 1992 г .; 7: 699-709.
[60]	Абу-Фарсах М, Наззал М.Надежность методов испытаний на проникновение пьезоконуса для оценки коэффициента уплотнения связных грунтов. Transp Res Rec 2005; 62-76.
[61]	Samui P. Машина опорных векторов, применяемая для установки фундаментов мелкого заложения на несвязных грунтах. Comput Geotech 2008; 35: 419-27.
[62]	Puri N, Prasad HD, Jain A. Прогнозирование геотехнических параметров с использованием методов машинного обучения. Процедуры Comput Sci 2018; 125: 509-17.
[63]	Bui DT, Nhu V-H, Hoang N-D. Прогнозирование коэффициента сжатия почвы для городского жилищного проекта с использованием нового подхода к интеграции машинного обучения интеллекта роя и многослойной нейронной сети персептрона. Adv Eng Inform 2018; 38: 593-604.

Уплотнение и разрушение при сдвиге, ведущее к оседанию и оседанию. Часть I (Технический отчет)

Abeele, В. В. Уплотнение и разрушение при сдвиге, ведущее к оседанию и оседанию. Часть I . США: Н. П., 1985. Интернет. DOI: 10,2172 / 6141046.

Abeele, W. V. Консолидация и разрушение при сдвиге, ведущее к оседанию и оседанию. Часть I . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/6141046

Abeele, В. В.Пт. «Консолидация и разрушение при сдвиге, ведущее к оседанию и оседанию. Часть I». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/6141046. https://www.osti.gov/servlets/purl/6141046.

@article {osti_6141046,
title = {Уплотнение и разрушение при сдвиге, ведущее к оседанию и оседанию. Часть I},
author = {Abeele, W. V},
abstractNote = {Проседание и оседание - это явления, которые гораздо более разрушительны, чем принято думать.В неглубоких захоронениях они могут привести к растрескиванию покрывающих пород и, в конечном итоге, к обнажению и утечке отходов. Основные причины - консолидация и обвалы. Лабораторные исследования, проведенные в Лос-Аламосе, позволяют нам прогнозировать оседание, вызванное консолидацией или естественным уплотнением раздробленных покрывающих пород туфа. Мы также исследовали характеристики разрушения раздробленного туфа при сдвиге, которое может привести к просадке. Примеры ожидаемой осадки и проседания рассчитываются на основе известных геотехнических характеристик измельченного туфа.То же самое делается для смесей бонтонит / туф, потому что некоторые полевые эксперименты были проведены с использованием этой добавки (бентонита) для снижения гидравлической проводимости измельченного туфа. Обсуждаются корректирующие действия, то есть способы ограничения суммы урегулирования. Наконец, мы кратко прокомментируем наш текущий полевой эксперимент, в котором изучается влияние проседания на слоистые системы в целом и на биобарьеры в частности.},
doi = {10.2172 / 6141046},
url = {https: // www.osti.gov/biblio/6141046}, журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {1985},
месяц = ​​{11}
}

Методы мягких вычислений для прогнозирования коэффициента уплотнения почвы

Основные моменты

•

Прогнозирование коэффициентов уплотнения почвы (Cv) было выполнено с использованием искусственного интеллекта (AI).

•

Моделирование методом Монте-Карло также было выполнено для оценки устойчивости моделей искусственного интеллекта.

•

RMSE, MAE и R ² использовались для проверки моделей.

•

Новая модель ANN-BBO была лучше по сравнению с другими для прогнозирования Cv.

Реферат

Коэффициент консолидации (Cv) является важным параметром при проектировании гражданских инженерных сооружений, основанных на грунте.Определение Cv в лаборатории связано со сложностями, поэтому было предпринято несколько попыток соотнести его с индексными свойствами почвы. В этой статье были применены различные передовые подходы к мягким вычислениям, а именно: искусственные нейронные сети на основе оптимизации на основе биогеографии (ANN-BBO), искусственные нейронные сети (ANN), система нечеткого вывода на основе адаптивной сети (ANFIS) и машины опорных векторов (SVM). для быстрого и точного прогнозирования Cv мягких грунтов. Для этого данные инженерных свойств грунта проекта шоссе Ханой – Хайфон во Вьетнаме были использованы в качестве примера для обучения и проверки моделей.Методы предварительной обработки данных, а именно корреляционная матрица и анализ главных компонентов (PCA), были применены для определения соответствующих переменных для уменьшения размерности данных при выполнении прогнозного анализа. Проверка моделей выполнялась с использованием статистических критериев, а именно коэффициента детерминации (R ² ), среднеквадратичной ошибки (RMSE) и средней абсолютной ошибки (MAE). Для оценки надежности моделей был использован метод моделирования Монте-Карло. Сравнение результатов этих моделей показало, что все изученные модели работают хорошо, но производительность модели ANN-BBO (R ² = 0.965, RMSE = 0,149 и MAE = 0,108) лучше всего подходит для прогнозирования Cv почвы по сравнению с другими моделями, такими как ANFIS (R ² = 0,921, RMSE = 0,222 и MAE = 0,182), ANN (R ² = 0,922, RMSE = 0,302 и MAE = 0,178) и SVM (R ² = 0,949, RMSE = 0,199 и MAE = 0,112). Следовательно, ANN-BBO можно использовать для лучшего прогнозирования Cv на основе ограниченных инженерных параметров почвы.

Ключевые слова

Коэффициент консолидации

Монте-Карло

Мягкие вычисления

Искусственный интеллект

Анализ главных компонентов

Мягкий грунт

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Методы модификации грунта для глубоких фундаментов, часть II — Вертикальные водостоки и ускоренное уплотнение

Полный текст статьи можно найти здесь.

Методы модификации грунта могут использоваться для улучшения участков с маргинальными или неподходящими грунтами на месте. Существует множество методов, которые можно использовать, в том числе методы уплотнения почвы.Один из распространенных методов — использование вертикальных водостоков и предварительной нагрузки для уплотнения мягкого грунта.

Этот метод используется с 1920-х годов. Вертикальные водостоки обеспечивают более короткий путь для выхода воды из почвы, в то время как предварительная нагрузка с использованием засыпки увеличивает нагрузку на грунт фундамента. Исторически сложилось так, что использовалось несколько различных типов водостоков, от песчаных до картонных. Сегодня наиболее распространенным вертикальным водостоком для модификации грунта является сборный вертикальный водосток, или ПВД. Иногда их называют фитильными дренажами, но они работают, создавая дренаж за счет давления (а не капиллярного впитывания).Термин «дренаж фитиля» возник из-за того, как выглядят PVD. Их также можно называть дренажными фитилями, ленточными дренажами и ленточными дренажами. PVD используются для ускорения уплотнения мягких насыщенных сжимаемых грунтов под нагрузкой.

PVD

состоят из геотекстильной оболочки, которая окружает пластиковую сердцевину с дренажными каналами, и имеет форму ленты. При такой конфигурации поровая вода в почве может просачиваться в канализацию для сбора. Затем вода проходит по длине сердечника. В большинстве случаев PVD имеет ширину 4 дюйма и толщину от 1/8 до 3/8 дюйма.

Другие системы вертикального дренажа могут использоваться для уплотнения почвы, включая колонны из заполнителя и колонны, покрытые геотекстилем. Поскольку PVD являются наиболее рентабельными вертикальными стоками, они используются подрядчиками почти во всех ситуациях для модификации грунта.

В транспортных проектах чаще всего PVD используются для ускорения консолидации на подходных насыпях у мостов и при строительстве других насыпей над мягкими грунтами. Предварительная нагрузка обычно используется в сочетании с PVD.Это включает приложение нагрузки, чтобы вызвать оседание и уплотнение грунтов основания. Нагрузка часто представляет собой количество заполняющего материала, необходимое для доведения площадки до окончательной отметки (с учетом осадки). Если дополнительная нагрузка или дополнительная насыпь — надбавка — добавляется выше конечной отметки для ускорения осадки и / или минимизации вторичной консолидации, она удаляется после достижения требуемой консолидации.

Предварительная вакуумная загрузка также может быть опцией на некоторых объектах.Этот метод включает в себя снятие атмосферного давления с замкнутого и герметичного грунта, а затем поддержание этого давления в течение заданного периода времени. Он часто используется в сочетании с PVD, когда грунт загружается примерно равномерно по всей его глубине (эквивалент одной атмосферы вакуума). Этот метод редко используется в Соединенных Штатах, но более распространен в остальной части Соединенных Штатов.

В этой статье будет объяснено использование различных методов вертикального слива для консолидации мягких душ посредством предварительной нагрузки и / или дополнительной зарядки.Учитывая множество преимуществ PVD, включая сокращение времени оседания и увеличение скорости увеличения прочности грунта, эти методы особенно полезны для подрядчиков, работающих над инфраструктурными и / или транспортными проектами.

Технико-экономическое обоснование

Вертикальные дренажи — и, в частности, PVD — чаще всего используются там, где требуется уплотнение грунтов от умеренной до сильной сжимаемости с низкой проницаемостью и полным насыщением. Эти почвы могут быть описаны как илы, глины, органические илы, торф, органические глины, мускус, ил, болота или ил.

Чтобы использовать PVD на этих почвах, они должны быть пропитаны и, как правило, немного переуплотнены перед загрузкой. PVD также можно использовать на недоконсолидированных почвах при проведении мелиоративных работ. Для полной эффективности PVD нагрузка должна превышать напряжение предварительного уплотнения.

Как правило, PVD не используются для высокоорганических материалов или в ситуациях, когда вторичное уплотнение приведет к значительной осадке после строительства. В этих случаях может использоваться дополнительная наценка, чтобы минимизировать влияние вторичной консолидации.

Относительно новое применение PVD включает установку дренажей для уменьшения возможности разжижения насыщенных гранулированных грунтов. PVD позволяют быстро рассеивать избыточное давление поровой воды, возникающее в результате сейсмического возбуждения, через дренажные каналы. Таким образом, PVD заменяют дренажные каналы из гравия, которые традиционно используются для уменьшения разжижения. В этом случае используются дренажи с высокой пропускной способностью диаметром от 3 до 6 дюймов, чтобы обеспечить быстрое рассеивание избыточного давления поровой воды.

Преимущества и недостатки использования PVD

Если конкретный проект требует модификации грунта для улучшения почвы, может потребоваться использование вертикальных водостоков. Использование PVD в таких ситуациях дает множество преимуществ, а также некоторые недостатки.

Для большинства проектов PVD являются экономичной альтернативой другим вертикальным водостокам, таким как дренажные системы для заполнителя. PVD могут быть установлены довольно быстро, производительностью до 15 000 линейных футов в день на установку.Поскольку каждая катушка с PVD-покрытием относительно мала — примерно 3,3 фута в диаметре и 4 дюйма в толщину, — этот материал легко хранить.

После установки PVD обеспечивают постоянный путь для дренажа даже при значительном боковом смещении или короблении при движении почвы. В то же время типичный размер оправки, используемой для PVD, достаточно мал для создания минимального смещения. Влияние смещения можно учесть в процессе проектирования и при необходимости увеличить время, необходимое для консолидации.

Контроль качества также улучшен за счет использования PVD. Поскольку во время установки обеспечивается непрерывность слива, для проверки требуется только обеспечить надлежащее крепление слива и достижение глубины. Кроме того, редко возникает необходимость в удалении грунта с использованием PVD. За исключением ситуаций, когда необходимо просверливание жестких слоев для достижения сжимаемого слоя, как правило, нет значительного излишка материала, который нужно удалить с площадки.

Поскольку существует ряд типов и размеров оборудования для установки PVD, метод может быть адаптирован к полевым условиям.В большинстве случаев PVD устанавливаются с помощью статического или вибрационного установочного усилия. Однако легкое оборудование можно использовать и там, где земля нестабильна.

Наконец, на большинстве площадок PVD устанавливаются без промывки. Это означает, что для установки PVD не требуется вода. Даже если требуется минимальное количество струи, поверхностный сток будет небольшим.

Есть два основных потенциальных недостатка использования PVD. Во-первых, существуют ограничения по высоте, поскольку оборудование, используемое для установки PVD, должно быть на 5-10 футов выше, чем глубина установки.Это может ограничить использование PVD для некоторых сайтов. Во-вторых, PVD-материалы, хотя и относительно небольшие по размеру, должны храниться должным образом, в том числе вдали от солнца (или под навесом), чтобы предотвратить деградацию.

Оценка осуществимости

Если PVD должны использоваться для ускорения осадки во время погрузки, подпочва должна соответствовать определенным критериям. Должен иметь:

1. Сжимаемость от умеренной до низкой
2. Низкая проницаемость
3. Полная насыщенность
4. Прочность на сдвиг от низкой до средней

Кроме того, окончательные нагрузки на насыпи должны превышать напряжение до уплотнения, и вторичное уплотнение не должно вызывать серьезных опасений.Даже если почва соответствует этим геотехническим критериям, необходимо провести полную оценку воздействия на окружающую среду и других факторов.

Чтобы определить, соответствуют ли почвы на участке геотехническим критериям для использования PVD, необходимо провести первоначальное исследование недр. Это исследование должно быть достаточно обширным, чтобы определить протяженность и глубину сжимаемых грунтов, а также получить ненарушенные образцы для испытаний на прочность и уплотнение. Следует проводить лабораторные испытания для определения содержания влаги, пределов Аттерберга и содержания органических веществ в короткие интервалы глубины.Это тестирование может помочь инженерам выбрать глубину, на которой следует извлекать неповрежденные образцы.

Кроме того, необходимо провести тестирование консолидации для определения коэффициентов чрезмерной консолидации по глубине. Испытания прочности на сдвиг могут помочь оценить прочность на сдвиг без дренажа и дренажа. Другие тесты, такие как пьезоконусное зондирование и пьезоконусное зондирование порового давления, также могут быть выполнены для подтверждения того, что почвы соответствуют геотехническим критериям.

Помимо геотехнических соображений, необходимо также оценить воздействие на окружающую среду.Если почвы in situ загрязнены опасными отходами или материалами, то, возможно, потребуется собрать и обработать избыточную поровую воду, которая стекает через PVD. В этой ситуации нельзя допускать проникновения PVD в высокопроницаемый слой.

Кроме того, топография участка и почвенные условия на участке могут значительно повысить стоимость использования PVD. Например, неровные рабочие поверхности должны быть покрыты скамьями шириной 25 футов или больше, чтобы можно было разместить оборудование.Это может сделать установку PVD менее экономичной.

Там, где имеется ограниченный запас высоты, например, под существующим мостом, установка PVD может быть нерентабельной. PVD можно устанавливать вертикально сегментами, но это может повысить стоимость в 5 раз по сравнению с обычной стоимостью установки.

Если над сжимаемым слоем есть препятствия, которые необходимо преодолеть, это может значительно увеличить общую стоимость. Если предварительное сверление не требуется, эти дополнительные расходы будут минимальными.Однако, если существуют препятствия, такие как бетон, каменная наброска, шлак или кирпич, может потребоваться предварительное просверливание.

Там, где рабочая поверхность нестабильна, можно использовать геосинтетические материалы и зернистый грунт для стабилизации дренажного слоя. Установочное оборудование обычно легко проникает сквозь эти материалы. Однако, если грунт не может быть стабилизирован, подвижные деревянные циновки могут добавить поддержку, или может быть использовано легкое оборудование — и то, и другое по более высокой цене.

Если PVD необходимо установить на глубине более 100 футов, может потребоваться кран и другое специализированное оборудование.Это может существенно увеличить стоимость.

Там, где есть жесткие слои, может потребоваться предварительное бурение PVD по всей длине. В этой ситуации лучше не использовать PVD, так как этот процесс создаст большую пустоту вокруг слива. Обвал вокруг зерна приведет к чрезмерному нарушению почвы. Вместо этого, если пустота может быть заполнена песком, PVD не понадобится.

Если на участке очень мягкий слой, низкая прочность на сдвиг затруднит закрепление дренажа на такой глубине.Есть два варианта решения этой проблемы: пойти на дополнительную глубину или использовать специальные процедуры на оборудовании. Любой вариант замедлит производство и увеличит затраты.

Когда на площадке есть проблемы с доступностью, такие как множественные надземные препятствия или крутые подъездные дороги, может возникнуть затруднение для оборудования, необходимого для установки PVD, чтобы добраться до площадки. Если необходимо построить подъездную дорогу, то установка PVD может оказаться экономически нецелесообразной.

Наконец, воздушные или подземные коммуникации могут препятствовать PVD.При наличии нескольких инженерных сетей, включая большие канализационные трубы, водостоки могут не устанавливаться на значительной ширине. Точно так же воздушные провода могут помешать установке PVD на больших площадях.

При обнаружении любого из этих условий на площадке можно проконсультироваться со специализированным подрядчиком, работающим с PVD, для определения сложности предлагаемого проекта. Это должно включать анализ затрат.

Ограничения на использование PVD

Как правило, у PVD нет никакого конструктивного назначения.Вместо этого эти дренажи обеспечивают более быстрый отвод лишней поровой воды, что позволяет быстрее оседать и быстрее набирать прочность за счет консолидации. Если у площадки есть проблемы со стабильностью, почва будет иметь одинаковую начальную прочность независимо от того, установлены ли PVD или нет. Там, где важна стабильность, скорость увеличения нагрузки должна тщательно контролироваться и отслеживаться. Если окончательная или ступенчатая высота заполнения менее 12 футов, можно рассмотреть возможность вакуумного уплотнения.

PVD

, которые используются без дополнительной нагрузки, могут ускорить первичное уплотнение — вода, выходящая из почвы под давлением.Также следует оценить вторичное уплотнение, которое вызвано деформацией или переориентацией частиц грунта при постоянной нагрузке. Его можно свести к минимуму за счет размещения избыточной надбавки или продления периодов ожидания до окончательного строительства. Главное. почвы с высоким процентом содержания органических веществ с большей вероятностью испытают значительную вторичную консолидацию, и, как следствие, следует тщательно оценить потенциальную величину этого уплотнения.

Хотя PVD можно устанавливать на расстоянии от 100 до 200 футов, необходимо учитывать особые соображения.При чрезвычайно глубоких PVD пропускная способность системы может ограничивать конструктивные соображения. В некоторых случаях может возникнуть сопротивление колодца в стоке; здесь время консолидации будет больше определяться пропускной способностью дренажа, а не горизонтальной проницаемостью грунта.

Если требуется предварительное просверливание всей или меньшей длины участка PVD, использование PVD не рекомендуется. Следует рассмотреть другие методы модификации грунта, такие как использование песчаных стоков.

Альтернативы PVD

Как описано выше, могут существовать почвенные условия, условия участка или другие факторы, которые не рекомендуют установку PVD. Существует четыре типа альтернативных решений: (1) принятие временных ограничений без использования системы вертикального слива; (2) обход сжимаемой души за счет использования глубоких фундаментальных элементов; (3) снижение сжимаемости грунта с помощью другого метода модификации грунта; или (4) снижение нагрузки на сжимаемый грунт с помощью легкого наполнителя.

Если в проекте предусмотрено достаточно времени для проведения расчетов, в PVD нет необходимости. В некоторых ситуациях предварительная нагрузка без PVD может быть всем, что необходимо для достижения консолидации в пределах допустимых временных ограничений. Для определения наилучшего варианта следует рассчитать стоимость предварительной нагрузки, а не установки PVD с предварительной нагрузкой.

В некоторых случаях инженеры могут спроектировать проект так, чтобы учесть чрезмерную осадку после строительства. Этот проект должен учитывать предполагаемую стоимость ремонта или корректировки грунта или самой конструкции.

Глубокие фундаменты также могут использоваться для обхода сжимаемых грунтов, например, для поддержки моста или насыпи. Хотя этот метод эффективен, он обычно бывает дорогим и может ограничивать гибкость использования сайта в будущем.

Снижение сжимаемости грунтов на месте обычно обходится дороже, чем установка PVD, но предлагает ряд потенциальных решений. Это включает создание каменных колонн, глубокое перемешивание почвы, выемку грунта и замену, а также использование легких насыпей.И каменные колонны, и глубокое перемешивание почвы укрепят почву, уменьшив ее сжимаемость. Использование легкого наполнителя для минимизации осадки не улучшит почву, но уменьшит проблемы осадки и устойчивости за счет снижения прилагаемых нагрузок. Если стабильность на сайте является проблемой, эти решения могут быть объединены для достижения наилучшего результата. Например, каменные колонны могут использоваться для повышения устойчивости, в то время как PVD могут быть установлены для ускорения консолидации в более стабильных областях.

Строительство и материалы

Существует ряд методов, которые можно использовать для установки PVD. В большинстве этих методов используются одни и те же принципы, например, система анкеровки для удержания дренажа на месте, когда стальная покрывающая оправка, защищающая PVD, снимается. Точно так же материал PVD, используемый для всех методов, поставляется в рулонах и продевается через оправку. Основное различие между этими методами заключается в том, как оправка вставляется в землю.

Обычно используется установочная мачта. Эта мачта содержит катушки с материалом, оправку, а также способ установки силы. Также используется носитель — гусеничный экскаватор или гусеничный ход, в зависимости от глубины установки. Статический, вибрационный и / или статически-вибрационный — наиболее распространенные методы установки.

Обычно оправка имеет ромбовидную или прямоугольную форму. Для виброустановок может быть добавлено стабилизирующее ребро. PVD обычно подается через оправку с катушки для хранения, которая установлена ​​у основания мачты или рядом с ним.Затем материал будет проходить вверх через мачту, по шкиву наверху, а затем вниз через стальную оправку.

Установка начинается, когда стальная оправка заправлена ​​PVD-материалом, а затем прикреплена к анкеру внизу. Обычно ответ — небольшой кусок кабеля или арматуры, либо специальная анкерная пластина из листового металла. Когда используется анкер из листового металла, PVD-материал вводится через ручку, а затем снова вставляется в нижнюю часть оправки.

После того, как анкер установлен, мачта размещается над местом слива, а оправка (вместе с PVD-материалом) вставляется в грунт. Слив полностью защищен от повреждений при установке стальной оправкой. После достижения необходимой глубины оправка извлекается, а материал PVD остается в земле. Когда нижняя часть оправки оказывается выше уровня земли, через нее протягивается специальный PVD-материал, чтобы обеспечить достаточную «обрезку» над рабочей поверхностью.Затем PVD разрезается и прикрепляется к другому анкеру. Процесс повторяется в других местах слива.

Длина дренажного материала должна быть немного меньше желаемой глубины установки. Для очень глубоких стоков на глубину 150 футов и более может потребоваться специализированное или крупногабаритное оборудование.

Как только PVD-материал на катушке готов, к предыдущей роли присоединяется другая катушка. Обычно это делается путем вставки сердечника на конце старого рулона в новый рулон минимальной длиной 6 дюймов.Ядро и геотекстиль должны перекрываться, чтобы обеспечить продолжение как проточного канала, так и фильтрации. В местах сращивания рулонов вставляется не менее 10 скоб, чтобы скрепить концы. Соединение должно быть выполнено таким образом, чтобы нижняя сторона вертикального слива могла быть вставлена ​​в верхний конец для обеспечения непрерывного потока.

Если над сжимаемым пластом есть препятствия, которые нельзя преодолеть с помощью обычных процедур, может потребоваться предварительное бурение или смещение дренажей.Если есть препятствие, которое невозможно преодолеть с помощью обычных процедур установки, его можно устранить.

Для установки PVD обычно требуется бригада из 1-2 человек для подготовки дренажа, отсечки, замены дренажных роликов и крепления анкеров. Кроме того, может потребоваться периодический ремонт оборудования.

При наличии нестабильной рабочей поверхности, наклонной поверхности, если грунт трудно проникнуть, или в случае очень глубоких стоков, может потребоваться специальное оборудование.Например, багги можно использовать на неустойчивой поверхности. На крутых склонах можно использовать внешнее водоструйное оборудование, установленное на легких полозьях, в то время как испытательное буровое оборудование может использоваться для установки дренажных труб с материалами PVD для разгрузочных колодцев в существующих плотинах.

Поэтапное строительство

Когда фундамент мягкий, с грунтами, имеющими низкую прочность и высокую сжимаемость, чрезмерная осадка и нестабильность насыпи могут возникать при насыпях средней и большой высоты, особенно если насыпь закладывается слишком быстро или слишком высоко.Одним из решений этой проблемы является поэтапное строительство насыпи, чтобы грунт мог консолидироваться и набирать прочность между добавками заполняющего материала. Скорость засыпки зависит от характеристик уплотнения грунтов основания. Контролируя оседание и давление поровой воды, инженеры могут предсказать, когда можно будет добавить больше наполнителя, не вызывая чрезмерной осадки и / или нестабильности уклона. Поэтапное строительство обычно используется, когда есть достаточно времени для урегулирования в процессе строительства.В этом процессе можно использовать PVD, чтобы сократить время ожидания между размещением заливки.

Строительные материалы для установки ПВД ​​ PVD

обычно состоит из пластикового сердечника, который образует каналы, а также неплотного геотекстильного покрытия. Этот материал относительно плоский, примерно 4 дюйма в ширину и от 1/8 до 3/8 дюйма в толщину.

Сердечник создает каналы с низким сопротивлением, чтобы вода могла течь по длине материала. Сердечник также сохраняет конфигурацию и форму слива, поддерживает рубашку фильтра и обеспечивает прочность на сжатие и растяжение.Ядро должно обладать силой и гибкостью, чтобы функционировать должным образом.

Покрытие из геотекстиля обеспечивает поверхность, которая предотвращает попадание частиц почвы в основные каналы, при этом позволяя воде проходить в канализацию. Это также предотвращает закрытие внутренних каналов сердечника при формировании наружных каналов потоков.

Кажущийся размер отверстий (AOS) геотекстиля должен быть достаточно малым, чтобы внутрь могли проникнуть только несколько частиц, при этом частицы почвы не забивали сердцевину.Диапазон размера сита AOS от 0,15 до 0,074 мм (от # 100 до # 200 в США) обычно эффективен во всех проектах.

Выбор типа PVD является важной частью общего процесса проектирования. Основные параметры должны включать проницаемость и характеристики фильтрующего кожуха, эквивалентный диаметр, прочность материала, гибкость, сопротивление сливу, долговечность и пропускную способность. Фильтр должен либо препятствовать прохождению частиц почвы, либо обеспечивать образование естественной фильтровальной корки.Он также должен противостоять поеданию во время установки и быть достаточно прочным, чтобы оставаться на месте в течение периода консолидации.

Нарушение почвы будет зависеть от формы и размера оправки, а также от микроткани почвы и используемой процедуры установки. Если почва нарушена, скорость ее уплотнения может снизиться. За счет правильного выбора оправки можно свести к минимуму влияние зоны смазывания.

Помимо PVD и оправки, еще одним важным фактором является дренажный слой или то, как вода будет передаваться и выводиться из дренажей.В большинстве случаев используется дренажное одеяло из зернистого материала. Синтетические или ленточные дренажные каналы также могут быть проложены горизонтально по поверхности установки, а затем подключены к каждому PVD, чтобы обеспечить свободный путь дренажа без потери напора. Затем стоки из полос могут выводиться в канализационные стоки из гравийной канавы.

Если используется песок или гравий, дренажное покрытие также можно использовать в качестве рабочей платформы для поддержки оборудования для установки PVD. Песок или гравий нужно очистить и промыть.Конструкция этого дренажного слоя основана на способности материалов переносить избыточную поровую воду без потери напора. Песок должен иметь толщину от 1,5 до 3 футов (минимум 1 фут). Если его наносят непосредственно на мягкую почву, следует добавить не менее 1 фута дополнительной толщины, чтобы снизить риск загрязнения. В качестве альтернативы можно использовать геотекстильный сепаратор.

Если вместо дренажного материала используется полосовой дренажный материал, можно использовать несколько методов.В большинстве случаев к каждому отдельному ПВД крепится полосовой сток. Тем не менее, слив с одной полосой можно использовать для целых 3 рядов, при этом каждый PVD соединен с каждым отводом с полосой.

Стабильность рабочей поверхности влияет на толщину используемого гранулированного одеяла. Как правило, чем менее устойчива поверхность, тем толще должно быть зернистое одеяло для поддержки оборудования для установки PVD. В качестве альтернативы дренажное покрытие может быть усилено геотекстилем и / или георешеткой. Это может обеспечить стабильную рабочую поверхность и минимизировать толщину дренажного слоя.

При установке PVD на неровные поверхности следует учитывать эффективность дренажного слоя и общую устойчивость. Возможно, потребуется изменить рабочую поверхность, чтобы можно было установить PVD, например, для выполнения процедуры скамейки. Это может нарушить целостность дренажного полотна. Чтобы слой работал должным образом, дренажный слой следует отвести.

Проектирование вертикальных водостоков

Основная цель предварительного нагружения грунта — независимо от того, используются ли вертикальные дренажи или нет — заключается в достижении дисковой осадки в течение определенного периода времени.Конструкция вертикальных водостоков основана на использовании насыпи или дополнительной нагрузки для предварительной нагрузки грунта на площадке и PVD для уменьшения длины дренажного пути для достижения этой цели. На некоторых участках также может использоваться вакуумное уплотнение.

Предварительная нагрузка грунта на участке для ускорения консолидации требует времени, чтобы позволить избыточному поровому давлению рассеяться и грунту осесть. PVD сократит путь отвода воды и ускорит заселение. Чтобы правильно спроектировать установку PVD, инженер должен понимать тип и протяженность грунтов основания, а также их инженерные свойства.Анализ этих грунтов должен включать такие факторы, как прогнозы количества, скорости и осадки, а также устойчивости насыпи на протяжении всего строительства.

Проектирование системы PVD следует начинать с традиционного анализа осадки, чтобы определить как общую, так и временную скорость осадки при окончательных проектных нагрузках без использования дренажей. Чтобы сделать это определение, следует провести расчет осадки связных грунтов.

Конструкция системы PVD

требует выбора типа, расстояния и длины дренажей для достижения необходимой степени консолидации в соответствующие временные рамки.Процесс начинается с анализа осадки без PVD для оценки общей величины осадки, а также скорости этого урегулирования при ожидаемой конечной нагрузке. Если время для достижения 90-95 процентов прогнозируемых поселений выходит за рамки допустимого времени строительства, можно использовать PVD, чтобы сократить время возникновения поселений.

Если на участке присутствует несколько слоев сжимаемых слоев почвы, каждого юриста следует оценивать отдельно, чтобы определить его влияние на общую консолидацию.Вычисление оседания и временной нормы оседания может быть выполнено на каждом слое, чтобы определить, произойдет ли достаточная консолидация в течение заданного времени.

Для определения расстояния PVD необходимо выполнить предварительный расчет с использованием данных индекса почвы, включая пределы жидкости и геометрию проекта. Это включает в себя площадь нагрузки, глубину сжимаемых пластов и, если потребуется дополнительная надбавка. Если желаемый процент консолидации был установлен путем тестирования предварительного проекта, проектировщик может использовать компьютерную программу для определения окончательного расстояния между PVD.

Строительные спецификации и контроль

Проектирование, установка и строительство PVD хорошо изучены, и за последние десятилетия имеется опыт успешно завершенных проектов. Строительное оборудование, методы и материалы хорошо зарекомендовали себя для этого вида работ. По этой причине для этого типа модификации земли обычно используются спецификации методов.

Технические характеристики используются для уменьшения проблем, затрат и рисков, связанных с установкой PVD.Они также помогают убедиться, что установка достигает намеченной цели. Для этого дизайнер детализирует расстояние, протяженность и длину сливов, а также детали дренажного покрытия, а также горизонтальных сливных дренажных труб. В большинстве случаев спецификации конечного результата не включаются.

Спецификации должны предоставлять установщику максимальную гибкость для достижения желаемого результата. Они должны включать процедуры контроля и обеспечения качества, такие как первоначальная установка пробных дренажей для установления стандартных процедур.Материалы и процедуры должны быть тщательно проверены на соответствие.

Как обсуждалось выше, преимущество использования PVD в качестве системы вертикального слива состоит в том, что обеспечение качества является относительно простым. После того, как пробные дренажи были завершены, проверка включает в себя просто запись глубины и местоположения каждого дренажа, наблюдение за стыками и вертикальность оборудования, отбор образцов материала для тестирования и отслеживание любых отклонений в процедуре.

Сливы должны быть установлены в соответствии с планами и спецификациями для обеспечения надлежащей работы.Персонал мониторинга должен быть знаком как с чертежами контракта, так и со спецификациями, а также понимать цель PVD. Качество материала дренажного покрытия, размещение и уплотнение насыпи, а также скорость дополнительной нагрузки также должны контролироваться на протяжении всего процесса.

Подготовка площадки

Чтобы подготовить площадку для установки PVD, территория должна быть расчищена, должны быть выполнены земляные работы и / или засыпка, чтобы выровнять площадку, и построить рабочую платформу или дренажное покрытие.Уклон не должен быть настолько крутым, чтобы поверхностный дренаж разрушил одеяло; одеяло дренажа должно быть сплошным.

Во время строительства персонал полевой инспекции должен следить за местоположением на предмет любых необычных движений почвы. Это может указывать на грязевые волны или даже на потенциальную неисправность.

Полевые наблюдения

Убедившись, что оборудование и материалы соответствуют спецификациям, инспекторы на местах должны контролировать вертикальность, глубину установки и расположение / размещение дренажей.Хотя в большинстве проектов указывается оценочная глубина, возможны локальные отклонения от этой оценки. Тем не менее, глубина PVD не должна существенно отличаться от соседних стоков.

Перед установкой PVD-материала необходимо осмотреть его визуально, чтобы убедиться, что он соответствует спецификациям плана. И сердцевина, и рубашка фильтра должны быть сплошными и не должны иметь повреждений.

Инспекционный персонал должен также убедиться, что установочное оборудование соответствует спецификациям в контракте.Сюда входят форма, размер и жесткость оправки, тип и размер анкера, метод проникновения, метод измерения и определения глубины проникновения, средства и процедуры предварительного сверления (при необходимости) и метод измерения и регистрации установочного усилия. Для оценки оборудования на всех проектах необходимо установить пробные дренажи.

Контрольно-измерительные приборы и контроль строительства

Заполненные инструменты могут использоваться для мониторинга производительности PVD, а также могут использоваться для потенциального контроля темпов строительства насыпи и / или надбавок.Эти инструменты могут включать пьезометры, расчетные платформы и датчики и / или инклинометры.

Устройства для измерения осадки, такие как платформы, точки глубокой осадки или устройства горизонтального отклонения, могут использоваться для измерения скорости и общего объема консолидации. Инклинометры используются для предупреждения о возможном нарушении устойчивости путем измерения горизонтального прогиба с глубиной. Устройства для определения порового давления, известные как пьезометры, можно использовать для расчета достигнутой скорости консолидации и определения наличия исполнительного повышения порового давления, которое может указывать на потенциальную неисправность.

Для обеспечения успеха проекта важны как правильный выбор контрольно-измерительных приборов, так и частый мониторинг. Тип используемого оборудования зависит от потребностей проекта. Например, если стабильность имеет решающее значение, важны как измерения порового давления, так и измерения горизонтальных деформаций.

Определение стоимости

Во многих строительных сметах стоимость проекта PVD основана на стоимости единицы установленных PVD, а не на общей стоимости, которая включает другие элементы.На общую стоимость PVD-системы может повлиять ряд факторов, таких как материалы предварительной нагрузки и доплаты, препятствия, методы установки и допустимое время консолидации. Стоимость установки — лишь один из факторов, влияющих на общую стоимость.

Примечательно, что многие из этих факторов трудно определить количественно. По этой причине эти расходы могут быть включены в другие позиции предложения. Например, топография проекта может повлиять на стоимость решения PVD. На участках с большим разбросом по уклону могут потребоваться значительные земляные работы, чтобы обеспечить ровную рабочую поверхность для установки PVD.Точно так же доступность и стоимость гранулированного материала могут определить, будет ли гранулированное одеяло более экономичным выбором, чем геосинтетический ленточный дренаж. В некоторых случаях гранулированные заготовки могут понадобиться для рабочей площадки, даже если это более дорогой вариант.

Препятствия и плотные почвы значительно увеличивают стоимость PVD-раствора. По этой причине инженер должен правильно определить как грунт, который необходимо вскрыть, так и необходимость достижения определенной глубины, принимая во внимание очень жесткие слои и возможные препятствия.

Хотя в большинстве контрактов указывается метод установки, установщикам следует предоставить гибкость в выборе типа оборудования для установки. Таким образом, в случае возникновения трудностей можно использовать наиболее экономичное решение. Спецификация, допускающая статическую, статическую вибро- и виброустановку, обычно дает наиболее экономичное решение, при этом струйная очистка разрешается только с одобрения инженера. Методы ударов не допускаются.

Типичная стоимость установок PVD может значительно варьироваться в зависимости от этих и других переменных.Для проектов длиной до 50 000 линейных футов, типичный ценовой диапазон составляет от 0,70 до 4,00 долларов за линейный фут. Напротив, проект от 50 000 до 300 000 линейных футов может быть оценен от 0,50 до 1,00 долл. США за линейный фут, в то время как проект более 300 000 линейных футов может быть оценен от 0,30 до 0,50 долл. США за линейный фут. Важно отметить, что эти типичные затраты относятся к стандартным проектам, где не требуется специальное оборудование и нет трудностей с проникновением.

Помимо стоимости установки на один линейный фут, обычно существует мобилизационная плата в размере от 15 000 до 25 000 долларов за буровую установку, плюс стоимость дренажного покрытия и контрольно-измерительных приборов.Общая стоимость может быть намного выше в районах, где есть нехватка рабочей силы или суровые погодные условия, или если есть тяжелые условия на стройплощадке.

Вертикальные водостоки — лишь один из многих методов модификации грунта. Как экономичный способ ускорения консолидации, это важный вариант для подрядчиков, работающих на площадках с неустойчивыми или маргинальными грунтами. Дополнительные методы будут рассмотрены в следующих статьях этой серии.

Полный текст статьи можно найти здесь.

Прикладные науки | Бесплатный полнотекстовый | Исследование методом конечных элементов для расчета нелинейного уплотнения грунта с использованием индексов сжатия и рекомпрессии

Поведение уплотнения — сложное явление в глинах и имеет большое значение для большинства строительных работ.Точность расчетов консолидации является ключевым моментом в геотехнической области. Терзаги разработал классическую теорию консолидации для решения задач консолидации [1]. Однако эта теория основана на многих предположениях, таких как постоянная нагрузка и постоянный коэффициент уплотнения. В частности, постоянный коэффициент уплотнения приведет к неверным результатам в многослойной почвенной системе [2]. Для повышения точности расчета было предложено множество модификаций предположений.Предыдущие исследования в основном изучали вариации параметров материала, таких как проницаемость и сжимаемость [3,4,5,6,7,8,9,10], и многие достижения, связанные с изменяющейся нагрузкой, которые лучше отражают реальные конструкции, были получили [11,12,13,14,15]. В качестве упрощения неоднородности по глубине был изучен многослойный грунт [16,17,18,19,20]. Другие важные факторы расчета, такие как граничные условия дренажа [21,22,23,24] и теория жидкости, не относящейся к Дарси [25,26,27,28], также учитывались для более разумных расчетов.Хотя в некоторых из этих ранних исследований были получены аналитические решения, большинство из них не были решены аналитически. С развитием численных методов можно эффективно решать сложные уравнения консолидации, что позволяет вносить множество изменений в расчеты консолидации. Метод конечных элементов [2,7,29,30] и метод конечных разностей [4,27,31,32,33] — два наиболее часто используемых метода. Кроме того, были приняты и другие эффективные численные методы [34,35,36,37].

Однако коэффициент уплотнения, используемый в расчетах, обычно рассматривается как постоянное значение в вышеупомянутых исследованиях (то есть постоянное отношение проницаемости к сжимаемости), и такое упрощение может быть неразумным в некоторых ситуациях. В частности, имеется мало информации о зависимом от раствора поведении сжимаемости, которое существенно влияет на коэффициент консолидации. Показатели сжатия и повторного сжатия, которые используются при расчетах осадки, используются здесь для оценки нелинейной сжимаемости.Впоследствии нелинейная сжимаемость и нелинейная проницаемость объединяются для описания нелинейной консолидации. С помощью метода конечных элементов выводится дискретное уравнение в пространственной и временной областях и разрабатывается соответствующая программа с учетом нагрузки, зависящей от времени. Далее проводится история болезни для проверки предложенного метода и три сравнительных случая для доказательства значимости разделения чрезмерной консолидации и нормальной консолидации.

Численный анализ консолидации фундамента мягкого грунта для искусственного острова

[1] Жун ЧжоПин. Об исследовании существующей ситуации по расчетному анализу мягких грунтовых оснований. Шаньси Архитектура. Vol. 34 (2008).

[2] Шэнь Чжуцзян.Оценка расчетных моделей консолидации и деформации мягкого земляного полотна. Китайский журнал гражданского строительства. Vol. 17 (1984).

[3] Ге Вэньчан и Ван Шитянь.Численное моделирование консолидации расчетов в одном международном аэропорту. Журнал геологических опасностей и охраны окружающей среды. Vol. 7 (1996).

[4] Ян Шифэй.Дисциплины деформирования фундамента при грунтовых нагрузках большой площади. Шанхайская геология, 2010, стр. 16-20.

[5] Ян Шуцай и Дэн СюэЦзюнь.Анализ принципа и методики расчета грунтовой осадки фундаментов из мягкой глины. Журнал Юго-Восточного университета. Vol. 28 (1998).

Физико-химические свойства и структурные характеристики искусственного грунта для восстановления вырубленных склонов в Юго-Западном Китае

Текстура почвы и фрактальные особенности

В таблице 1 показаны соответствующие результаты измерений и анализа.Между тремя видами землепользования существуют значительные различия в PSD. RS имеет самое низкое содержание глины и самое высокое содержание песка, в то время как NS имеет самое высокое содержание глины и самое низкое содержание песка. Для всех видов землепользования преобладающей частицей почвы является песок (59–85%). Текстура RS — супесчаный песок, NS и AS — супесчаный, т.е. текстура RS более грубая, а AS остается подобной NS. Таким образом, NS испытал достаточное количество процессов почвообразования без вмешательства человека, что способствовало формированию и стабильности почвы.Стабильная структура NS увеличивает фракцию мелких частиц, обеспечивая поверхность с высокой устойчивостью к стеканию в сезон дождей. Хотя AS имеет текстуру, аналогичную NS, учитывая только содержание песка, AS имеет более высокое содержание твердых частиц, чем NS, поскольку агрегаты AS были разрушены при обработке почвы, образуя большее количество мелких и более легко транспортируемых частиц и микроагрегатов ²¹ . RS в основном состоит из дисперсных частиц породы и не претерпел адекватных процессов почвообразования.Эта искусственная почва, распыляемая на голые скальные склоны, имела небольшую вязкость с поверхностью породы и стала более восприимчивой к эрозии после дождя, что могло привести к удалению мелких частиц, оставив более грубые, и косвенно привело к нехватке воды. и обеспечение питательными веществами растений на склоне. Текстура RS более жесткая, чем NS для озеленения склонов. Следовательно, необходимо предпринять две меры по улучшению почвы: увеличить вязкость между искусственной почвой и камнем и улучшить долгосрочную доступность питательных веществ и воды.

Таблица 1 Текстура почвы и гранулометрический состав.

Фрактальная размерность PSD (D) колеблется от 2,61 (RS) до 2,72 (NS), и различия между тремя различными видами землепользования значительны (Таблица 1). Вариации тренда D соответствуют содержанию глины и ила в почве. Фрактальная размерность RS значительно ниже AS, что указывает на то, что RS потерял микрочастицы и укрупняется. Таким образом, даже с добавлением почвенных добавок, таких как гумус и водоудерживающие агенты, RS не претерпел достаточных длительных процессов почвообразования и состоит из диспергированных частиц породы, а не агрегатов почвы.Нестабильная структура RS приводит к потере более мелких частиц, особенно на склонах с большим градиентом, где поверхностный сток часто бывает интенсивным в сезон дождей, и эта тенденция отражается в более низких значениях D. AS прошел адекватную обработку полей и обработки почвы, поэтому в нем пропорционально больше микрочастиц. Фрактальная размерность NS значительно больше, чем AS, поскольку устранение вмешательства человека (обработка почвы) является преимуществом для формирования благоприятных структур почвы, удержания более мелких частиц и увеличения фрактальной размерности.

Рисунок 2 показывает, что D имеет положительную корреляцию с содержанием мелких частиц, т.е. D увеличивается с увеличением содержания глины и ила. Однако D отрицательно коррелирует с содержанием твердых частиц, то есть D уменьшается по мере увеличения содержания песка. Коэффициенты детерминации для линейной регрессии варьируются от 0,843 до 0,875, что указывает на целесообразность использования фрактальных моделей для оценки PSD этой искусственной грунтовой засыпки.

Рис. 2: Линейная регрессия для фрактальной размерности и распределения частиц по размерам.

Примечания: ■ Песок, y = 473,059 — 149,568 x; • Ил, y = −374,228 + 149,708 x; ▲ Глина, y = -106,984 + 43,105 x.

Физико-химические свойства искусственной почвы

Физико-химические свойства почвы, такие как объемная плотность, пористость, pH и органический углерод почвы, обобщенные в таблице 2, обычно рассматриваются как индикаторы качества почвы ^35,36 . Три почвы слабощелочные, с pH от 7,83 до 7,94. У NS значительно более низкий pH почвы, чем у RS и AS, которые существенно не различаются.Было показано, что частицы глины отталкивания частиц увеличиваются с увеличением pH ³⁷ . Следовательно, контроль pH почвы очень важен для контроля рассеивания глины в почве. В таблице 1 показаны существенные различия глинистых фракций между тремя моделями землепользования, которые могут объяснять различия в pH этих почв. Таблица 3 показывает, что pH почвы отрицательно коррелирует с другими показателями почвы, за исключением интенсивности разрушения конструкции. В частности, pH значительно отрицательно коррелирует с SOC.Таблица 2 показывает существенные различия в ЦИК между тремя землепользованиями, где NS> AS> RS. Низкий CEC означает, что почва способна удерживать меньше питательных веществ, внесенных в результате удобрения ³⁸ . Следовательно, поскольку RS имеет низкий CEC, доступность питательных веществ для растений ограничена. Корреляция Спирмена (таблица 3) показывает, что CEC положительно коррелирует с D, содержанием влаги и SOC и отрицательно коррелирует с pH. Следовательно, снижение pH искусственной почвы обеспечит более подходящую среду для восстановления растительного покрова при использовании обломков породы в качестве засыпки на поверхности склона.

Таблица 2 Основные физико-химические свойства склоновых почв. Таблица 3 Коэффициенты корреляции Пирсона для характеристических параметров и выбранных свойств почвы.

Таблица 2 показывает, что влажность почвы RS является самой низкой среди трех видов землепользования. Режимы влажности почвы можно изменить с помощью методов управления, таких как орошение, покрывной покров и мульчирование, поэтому содержание влаги в AS значительно выше, чем в RS. Структура и текстура почвы влияют на поток, доступность и хранение воды.Высокое содержание крупных частиц увеличивает поровое пространство и снижает капиллярную пористость, уменьшая удерживание и доступность влаги за счет испарения и инфильтрации ³⁹ . Структура RS плохая и грубая, и, следовательно, водоудерживающая способность плохая. Таким образом, влажность RS значительно меньше, чем в двух других землепользованиях. Некоторые исследования показали, что изменения в SOC, связанные с более мелкими фракциями почвенных частиц (<0,25 мм), могут отражать изменения в управлении почвой ⁴⁰ .В таблице 2 показаны существенные различия в содержании SOC между тремя землепользователями, при NS> AS> RS, что может быть следствием их относительной PSD. Микроагрегаты могут защитить от разложения SOC, поскольку их небольшие поры эффективно ограничивают доступ бактерий ⁴¹ . У AS более высокий SOC, чем у RS, что может быть связано с тем, что в AS были добавлены удобрения, содержащие органические вещества. Напротив, NS имеет самое высокое содержание SOC и, следовательно, обеспечивает больше питательных веществ для роста растений и больше подходит для восстановления и смены растительности на склонах.

Объемная плотность почвы также существенно различается между тремя видами землепользования (таблица 2) с RS> NS> AS. Однако тенденция общей пористости противоположна: RS 42 . Органический углерод почвы является важным фактором, влияющим на формирование структуры почвы. В таблице 2 показано, что RS имеет самое низкое содержание SOC и показывает аналогичную тенденцию по всем биохимическим параметрам, как показано в таблице 4, где NS> AS> RS для всех параметров, и все они значительно различаются, за исключением сахаразы.Они подтверждают, что качество ДЗВ плохое, экологическая среда суровая, а биологическая активность низка. RS питательных веществ, доступных для растений, меньше, чем NS, и не способствует росту растений. Применение biochar может улучшить биологические свойства ⁴³ , поэтому добавление органических удобрений и biochar к RS будет способствовать экологическому восстановлению, но необходимы дальнейшие исследования в отношении практических методов применения.

Таблица 4 Биохимические показатели склоновых почв.

Стабильность почвенных агрегатов и их гранулометрический состав

Состояние сухих и водостойких агрегатов почвы отражает не только структуру почвы, но и плодородие почвы ⁴⁴ .Таблица 5 показывает существенные различия в водостойких агрегатах (> 0,25 мм) между тремя землепользованиями. Суммарное содержание NS значительно выше, чем AS и RS, как при сухом, так и при влажном просеивании. Содержание водостойких агрегатов RS значительно выше, чем AS, с AS 0,25 мм) для RS и AS нет. Таким образом, большое содержание заполнителей (> 0,25 мм) в AS и RS одинаково, без промывки дождем, тогда как содержание устойчивых к воде заполнителей значительно отличается.RS показывает большую скорость разрушения почвенных агрегатов, чем NS, с AS> RS> NS. Это может быть вызвано вмешательством человека и отсутствием эффективной защиты, вызывающей деградацию структуры, потерю глины и органических веществ, поэтому почвенные агрегаты легче разрушаются и, следовательно, вызывают более высокие скорости разрушения.

Таблица 5 Суммарная стабильность и характерные параметры гранулометрического состава.

Агрегатная устойчивость почвы является важным фактором структуры почвы. На Рисунке 2 показано кумулятивное распределение совокупного веса почвы после сухого и влажного просеивания для трех видов землепользования.Разница площадей (∆S) между кривыми сухого и влажного просеивания отражает совокупную стабильность (рис. 3), где стабильность снижается для больших площадей, разница площадей (рис. 3) колеблется от 2,334 (AS) до 0,392 (NS). , т. е. агрегированная устойчивость AS значительно меньше NS. Это согласуется с интенсивностью отказов конструкции (таблица 5), которая следует за NS> RS> AS. NS обладает значительно большей совокупной стабильностью, чем RS. RS — это искусственные фрагменты горных пород с дополнительными добавками, такими как гумус и водоудерживающие агенты, но его элювиация, осаждение, перенос и биологические циклы остро недостаточны, что делает его уязвимым для дождевой и ветровой эрозии.Сопротивление эрозии почвы слабее состава материала, вызвано эрозией почвы особенно серьезными первопричинами ⁴⁵ . Мы предлагаем использовать почву, которая подверглась достаточно длительным процессам почвообразования для ремонта срезанных склонов, чтобы повысить устойчивость почвы к эрозии и снизить риск разрушения защиты склонов.

Рис. 3: Кумулятивное распределение массы заполнителей почвы после сухого и влажного просеивания.

Примечания: ( a ) AS = Сельскохозяйственный склон; ( b ) RS = скальный откос; ( c ) NS = естественный склон.∆S = разница площадей между кумулятивным распределением заполнителя на сухом и влажном сите.

Таблица 5 показывает характерные параметры для гранулометрического состава почвенных агрегатов. Между тремя видами землепользования есть существенные различия. C _S уменьшается от NS до AS, при этом AS является отрицательным. Аналогичная тенденция очевидна для C _E . Это показывает, что NS обладает хорошей агрегативной стабильностью, устойчивостью к диспергированию, а более крупные агрегаты имеют численное преимущество.RS имеет более слабую агрегативную стабильность, размер агрегатов меньше, а сопротивление механическому раздавливанию было плохим. Это может быть связано с тем, что почва, распыляемая на откосах скал, имеет небольшую вязкость на камнях и / или нехватку воды и питательных веществ для растений.