Противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для стабилизации оползневых склонов при строительстве дорожных, промышленных и др. инженерных сооружений, реконструкции и усилении оползневых или подверженных значительным сплывам откосов грунтовых сооружений. Противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений содержит подпорное сооружение, выполненное в виде призмы из камня. Новым является то, что подпорное сооружение расположено в грунтах оползневого массива, а в качестве камня использованы карбонатно-магнезиальные породы с термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой. Технический результат изобретения состоит в разработке противооползневой конструкции, упрочнение которой в течение последующей эксплуатации обеспечивается за счет поступления в нее влаги оползневого массива. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для стабилизации оползневых склонов при строительстве дорожных, промышленных и др. инженерных сооружений, реконструкции и усилении оползневых или подверженных значительным сплывам откосов грунтовых сооружений.

Стабильность любого грунтового сооружения зависит от устойчивости его конструктивных элементов и основания, на котором оно расположено. Наиболее сложно обеспечить стабильность сооружений, расположенных на неустойчивых склонах, подверженных склоновым процессам: оползням и значительным сплывам грунтов, а также неустойчивых откосов грунтовых сооружений, в частности, на железных дорогах - откосов земляного полотна: насыпей, выемок. Неожиданные сплывы и оползания массивов грунта со склонов приводят к смещению в плане самого пути, а деформации откосов приводят к уменьшению конструктивных расчетных размеров и нарушению относительно устойчивого равновесия земляного сооружения. В обоих случаях это связано с нестабильностью сооружения и влияет на безопасность и бесперебойность движения поездов, эксплутационную надежность инженерных сооружений.

К наиболее неблагоприятным грунтам оснований и земляного полотна дорожных сооружений относятся грунты, преимущественно глины, слагающие оползневые склоны: бентонитовые, монтморелонитовые и т.д., которые в сухом виде обладают достаточной прочностью, а в результате размокания переходят в текучее состояние и превращаются в “мылообразную” массу. Поверхность оползневых склонов, как правило, неровная, состоит из впадин и холмов, называемых “цирками”.

Нижнюю часть оползня называют пассивной зоной, оползающую часть - активной зоной, а поверхность, по которой происходят подвижки, - зеркалом или поверхностью скольжения [1].

Известна противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений из насыпного грунта [2]. Противооползневая конструкция представляет собой подпорное сооружение, выполненное в виде призмы из грунта (контрбанкет). Подпорное сооружение размещено в пассивной зоне оползня, перпендикулярно к оползающему массиву, вдоль железнодорожного полотна. Для лучшего сцепления подпорного сооружения с оползающим откосом в активной зоне, по всей площади соприкосновения с ним выполнены уступы. Для обеспечения достаточного запаса прочности подпорного сооружения, как минимум, нижний уступ выполнен в прочных грунтах. Подпорное сооружение имеет значительные размеры, которые определяются расчетом. Верхняя часть подпорного сооружения составляет не менее 3 м, высота - не менее 1/3 высоты поддерживающего откоса. Подпорное сооружение одной боковой гранью присыпано к откосу, другая грань (откос) выполнена наклонно, крутизной не менее 1:1,5. В качестве грунта использованы, например, дренирующие скальные грунты.

Достоинством известной противооползневой конструкции является то, что обеспечение стабильности склонов и откосов достигается в достаточно короткий срок. Это обусловлено удерживающими усилиями, возникающими в противооползневой конструкции за счет ее большой массы.

Недостатком является потеря прочности подпорного сооружения с течением времени. Это обусловлено следующими причинами. После отсыпки подпорного сооружения влага с мельчайшими частицами глины в виде суспензии из активной зоны оползня высачивается через дренирующие грунты подпорного сооружения. Постепенно мелкие частицы грунта забивают поры между крупными частицами дренирующих грунтов подпорного сооружения, превращают его в монолит. Скапливающаяся вода перед сооружением создает дополнительное сдвигающееся усилие. Это негативно влияет на прочность подпорного сооружения и приводит к его деформациям и, соответственно, к деформациям самого защищаемого объекта.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений, которая представляет собой подпорное сооружение в виде призмы (контрфорс), выполненное из камня [2]. Подпорное сооружение размещено в пассивной зоне оползня перпендикулярно к оползающему массиву вдоль железнодорожного полотна. Для обеспечения устойчивости и долговечности подпорное сооружение заглублено в прочные сухие грунты. Для сохранения грунтов в сухом состоянии выполнены поперечные или продольные дрены. Размеры и количество таких конструкций для удержания оползневого массива определяются расчетом. Подпорное сооружение выполнено небольших размеров: до 3 м в длину и до 1 м в ширину. Подпорное сооружение выполнено в виде монолита из кладки бутового камня на цементе или бетоне.

Достоинством является прочность таких подпорных сооружений. Это обусловлено тем, что омоноличивание упрочняет конструкцию и, соответственно, увеличивает удерживающую способность сооружений. Увеличение прочности за счет омоноличивания позволяет уменьшать размеры подпорных сооружений.

Кроме того, подпорные сооружения минимально нарушают естественное сложение массивов грунта из-за своих малых габаритов и компактности.

Однако прочность подпорного сооружения, высокая для работы в сухих грунтах, является недостаточной для работы во влажных (текучих и текучепластичных) грунтах, что является существенным недостатком подпорного сооружения и ограничивает область применения известной конструкции. Это обусловлено тем, что в случае поступления влаги из грунта кладка подпорного сооружения мокнет. Влажная цементирующая часть конструкции подвергается быстрому выщелачиванию водой (эрозии). Эрозия кладки приводит к нарушению целостности конструкции, к деформациям, а затем и потере проектной прочности. Таким образом, при регулярном соприкосновении с влагой подпорные сооружения теряют удерживающую способность. В конечном счете, все это приводит к разрушению таких противооползневых конструкций.

В основу изобретения положена задача разработать противооползневую конструкцию, упрочнение которой в течение последующей эксплуатации обеспечивается за счет поступления в нее влаги оползневого массива.

Для решения поставленной задачи в известной противооползневой конструкции для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений, содержащей подпорное сооружение, выполненное в виде призмы из камня, подпорное сооружение расположено в грунтах оползневого массива, а в качестве камня использованы карбонатно-магнезиальные породы с термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой. В качестве карбонатно-магнезиальных пород использованы крупнообломочные отходы дробления бруситов, а в качестве термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки использован отсев и полуобожженные отходы магнезиальных пород. Кроме того, поддерживающее сооружение расположено в любом месте оползневого массива.

Упрочнение конструкции происходит за счет поступления в нее влаги.

Благодаря содержанию крупных фракций брусита и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки из отсева и полуобожженных отходов магнезиальных пород происходит цикличное водопоглощение. Первоначально вода, поступающая из оползня, адсорбируется карбонатно-магнезиальными породами и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой, что приводит к осушению поверхности скольжения оползня. При этом адсорбированная вода, постепенно реагируя с термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой, вызывает гидратацию и карбонизацию. Образующиеся при гидратации и карбонизации силикаты Са и Mg оказывает укрепляющее влияние, что упрочняют подпорное сооружение.

Кроме того, катионы Mg, реагируя с подстилающими поверхность скольжения твердыми глинистыми грунтами, образуют прочные кристаллы алюмосиликатов и гидроалюминатов Са и Mg. Образование гидроалюминатов и алюмосиликатов Са и Mg приводит к дополнительному сцеплению оползневого массива с упрочненными грунтами.

Благодаря адсорбционным свойствам карбонатно-магнезиальных пород и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки происходит постоянное осушение поверхности скольжения оползня и упрочнению подпорного сооружения.

Постоянное осушение оползня позволяет разместить подпорное сооружение в активной и пассивной зоне оползневого массива под любым углом к направлению оползания от 0 до 90. Это позволяет выбрать наиболее технологичный вариант выполнения подпорного сооружения в различных топографических условиях и различных природно-климатических зонах.

Осушение и упрочнение грунтов поверхности скольжения оползня вызывает дополнительные удерживающие усилия. Постоянное водопоглощение карбонатно-магнезиальными породами и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой приводит к упрочнению подпорного сооружения и уплотнению и упрочнению глинистых частиц оползня.

На фиг.1 и 2 представлена схема противооползневой конструкции для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений.

Противооползневая конструкция 1 в теле оползневого массива 2 содержит подпорное сооружение 3. Подпорное сооружение 3 выполнено в виде призмы из камня и расположено ниже поверхности скольжения 4. В качестве камня использованы крупнообломочные отходы дробления карбонатно-магнезиальных пород и их термообработанная мелкая фракция. К крупнообломочным отходам дробления карбонатно-магнезиальных пород относятся отходы дробления бруситов, доломитов, кальцефиров, талькомагнезитов, т.е. пород, содержащих более 30% Mg и являющихся сорбентами. Термообработанная мелкая фракция выполняет роль водопоглощающей магнезиальной добавки и расположена поверх крупнообломочных фракций брусита. Подпорное сооружение 3 выполнено на подрезанной уступами поверхности 5. Уступы 5 расположены ниже поверхности скольжения 4.

Пример 1. Оползень находится на значительном расстоянии от земляного сооружения, но давление оползневых масс влияет на деформативность сооружения опосредованно в виде пластических деформаций основания и нарушения поверхностного и грунтового стока или, другой случай, когда откосы самого земляного сооружения подвержены сползаниям.

Подпорное сооружение 3 выполнено из крупнообломочных отходов дробления бруситов и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки из отсева и полуобожженных отходов магнезиальных пород и расположено у подошвы насыпи 6, перпендикулярно оползанию, на уступах 5.

Пример 2. Тело оползня является основанием земляного сооружения, давление оползневых масс непосредственно влияет на деформативность сооружения из-за отсутствия водоотводной и дренажной систем 7. Такой случай наиболее применим для упрочнения массивных оползней путем их осушения.

Подпорные сооружения 3 выполнены из крупнообломочных отходов дробления бруситов и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки из отсева и полуобожженных отходов магнезиальных пород и расположены вдоль склона 8 для защиты водоотводных сооружений от деформаций.

Пример 3. Тело оползня является основанием земляного сооружения, давление оползневых масс непосредственно влияет на деформативность сооружения.

Подпорные сооружения 3 выполнены из крупнообломочных отходов дробления бруситов и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки из отсева и полуобожженных отходов магнезиальных пород и расположены на оползневом массиве 2 вдоль массива 8 и поперек массива 9 и выполнены в комплексе с водоотводной и дренажной системами. Такой случай наиболее применим для осушения и упрочнения массивных оползней.

Конструкция работает следующим образом.

После устройства подпорного сооружения 3 в тело оползня 2 на уступах 5 ниже поверхности скольжения 4 гигроскопическая влага оползня начинает впитываться крупнообломочными фракциями брусита. Крупнообломочные фракции брусита являются сорбентами, передающими влагу с поверхности оползания в верхние слои. На контакте крупнообломочных фракций брусита с подстилающими глинами образуются прочные кристаллы гидроалюминатов и гидросиликатов Mg и Са. Образование гидроалюминатов и алюмосиликатов Са и Mg приводит к дополнительному сцеплению оползневого массива с упрочненными грунтами. Адсорбированная в верхние слои вода впитывается термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой 5, что вызывает ее гидратацию и карбонизацию. Сочетание крупных фракций брусита и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки из отсева и полуобожженных отходов магнезиальных пород приводит к цикличному водопоглощению, что позволяет осушить поверхность скольжения оползня. Образовавшиеся при гидратации и карбонизации силикаты Mg и Са оказывают укрепляющее влияние на массив, что упрочняет само подпорное сооружение 3 и соединяет в одну целостностную конструкцию. При этом направление и место расположения подпорного сооружения 3 выбирается в зависимости от обеспечения максимальных удерживающих усилий.

Таким образом, постоянное водопоглощение карбонатно магнезиальными породами и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой приводит к упрочнению подпорного сооружения и уплотнению и упрочнению глинистых частиц оползня. Адсорбционные свойства карбонатно-магнезиальных пород и термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки позволяют постоянно осушать поверхность скольжения оползня и способствуют упрочнению подпорного сооружения.

Подпорное сооружение позволяет выдерживать давление оползневых масс в 1,2-1,5 раза большее, чем обычный контрбанкет или контрфорс, за счет увеличения удерживающих усилий в укрепившемся монолите, что способствует увеличению срока службы, надежности и стабильности укрепляемого инженерного сооружения.

Источники информации

1. М.В. Аверочкин, С.С. Бабицкая, С.М. Большаков и др. Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог. /Под ред. А.Ф. Подпалого, М.А. Чернышева, В.П. Титова. - М.: Транспорт, 1978, с. 452-464.

2. В.Д. Браславский, Ю.М. Львович, Л.В. Грицюк и др. Противооползневые конструкции на автомобильных дорогах. - М.: Транспорт, 1985, с. 218-222.

Формула изобретения

1. Противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений, содержащая подпорное сооружение, выполненное в виде призмы из камня, отличающееся тем, что подпорное сооружение расположено в грунтах оползневого массива, а в качестве камня использованы карбонатно-магнезиальные породы с термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавкой.

2. Противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений по п.1, отличающаяся тем, что в качестве карбонатно-магнезиальных пород использованы крупнообломочные отходы дробления бруситов.

3. Противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений по п.1, отличающаяся тем, что в качестве термообработанной водопоглощающей магнезиальной добавки использована составляющая из отсева и обожженых отходов вскрышных магнезиальных пород, например, доломита.

4. Противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что подпорное сооружение расположено в теле оползневого массива под углом к направлению оползания от 0 до 90°.

5. Противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что подпорное сооружение расположено в активной зоне оползня.

6. Противооползневая конструкция для стабилизации склонов и откосов земляных сооружений по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что подпорное сооружение расположено в пассивной зоне оползня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2