автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Исследование несущей способности причалов, возводимых на илах большой мощности

На правах рукописи СТЕПАНЯН ГЕОРГИЙ АРУТЮНОВИЧ /

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРИЧАЛОВ, ВОЗВОДИМЫХ НА ИЛАХ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Корчагин Е.А. Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Костюков В. Д.

Москва 2014

1" ш т

005548312

Работа выполнена в Федеральном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московская государственная академия водного транспорта»

Научный руководитель:

Научный консультант:

Корчагии Евгений Александрович -

кандидат технических наук, доцент, ФБОУ ВПО «Московская государственная академия водного транспорта», профессор кафедры «Водные пути и порты»

Костюков Виктор Дорофеевич

доктор технических наук, профессор, ФБОУ ВПО «Московская государственная академия водного транспорта», профессор кафедры «Водные пути и порты»

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Бик Юрий Игоревич - доктор технических наук, профессор, ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», и.о. ректора

Мочалов Алексей Владимирович - кандидат технических наук, главный инженер проектов ОАО «Союзморниипроекг»

Открытое акционерное общество Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ОАО ЦНИИС)

Защита состоится «_30_» _ мая 2014 г. в_15-00 часов на заседании диссертационного совета Д223.006.01 при ФБОУ ВПО «Московская государственная академия водного транспорта» по адресу 117105 г.Москва, Новоданиловская набережная, д. 2,

корп.1, аудитория 336.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «МГАВТ» и на сайте МГАВТ: www.msawt.ru. сайте ВАК Ш://уак.е&еоу.ги/ги. Автореферат разослан_

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

1¿С /

Зябров В. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных морских и речных портах все чаще приходится возводить и эксплуатировать причальные сооружения, построенные на сжимаемых слабых грунтах.

Целесообразность, а в некоторых случаях необходимость освоения таких территорий чаще всего определяется двумя главными причинами:

а) выгодным экономико-географическим положением площадки строительства

(порты Усть-Луга, Темрюк и др.);

б) отсутствием в прилегающих районах строительных площадок с нормальными инженерно-геологическими условиями. Как правило, подходящие по геологическим условиям, площадки были в прошлом использованы для строительства ныне

действующих портов.

Строительство сооружений на слабых грунтах представляет собой одну из самых трудных инженерных задач. Тонкие илистые наносы образуют грунт, имеющий очень мелкую структурную сетку и находящийся на пределе текучести. Несущая способность ила (10-30 кН/м2) меньше эксплуатационной нагрузки на территории причала (15-200 кН/м2) обусловленной давлением на основание.

Таким образом, наиболее важным и актуальным с эксплуатационной точки зрения, является требование обеспечить заданную категорию нагрузки на территории причала, обеспечив при этом прочность и устойчивость конструкции причального сооружения.

В связи с этим диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения устойчивости и прочности причалов, построенных на илах большой мощности.

Соответствие специальности 05.22.19. В соответствие с паспортом специальности 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», работа соответствует:

-формуле специальности, т.к. ее содержанием является разработка научных проблем эффективного функционирования и развития водного транспорта (морского и речного);

-пункту 7 объектов специальности: «Эксплуатация, ремонт и реконструкция основных фондов на водном транспорте»;

-пункту 12 области исследований: «Эксплуатационная надежность и реконструкция портовых гидротехнических сооружений и перегрузочных комплексов».

В соответствие с пунктом 1 статьи 4 Федерального закона «О морских портах в Российской Федерации (от 8 ноября 2007 г. № 261-ФЗ), объектами инфраструктуры морского порта являются: портовые гидротехнические сооружения, инженерные коммуникации, склады, иные здания, строения, сооружения, расположенные на территории и (или) акватории морского порта.

Объект исследования — причальные сооружения на слабых основаниях.

Предмет исследования — несущая способность причалов, построенных на ил ах большой мощности, закрепленных как илоцементными, так и полиэтиленовыми сваями.

Цель исследования. Целью диссертационной работы является разработка основ методики расчета несущей способности грузовых причалов, построенных на илах большой мощности закрепленных илоцементными и полиэтиленовыми сваями.

Задачи исследования:

1.Выполнить анализ существующих методов закрепления слабых оснований и их несущей способности, определить достоинства и недостатки.

2.Разработать расчетную схему определения шага илоцементных свай и на основании сейсмометрических измерений выполнить увязку физико-механических свойств илоцеменгаого композита с нормативными показателями грунтов-аналогов;

3.Разработать методическую основу расчета несущей способности полиэтиленовых свай для грузовых причалов в зависимости от категории эксплуатационной нагрузки;

Методы исследований. Анализ и математическая обработка материалов проектов и результатов натурных испытаний причалов, возводимых на илах большой мощности. Разработка моделей расчета несущей способности оснований причалов, закрепленных илоцементными или полиэтиленовыми сваями.

Научная новизна работы. Разработана модель расчета положенная в основу методики определения несущей способности причалов на слабых основаниях, закрепленных илоцементными или полиэтиленовыми сваями.

Теоретическая значимость работы. Идентификация физико-механических характеристик илоцементного композита с нормативными показателями грунтов-аналогов.

Практическая значимость работы. Разработанная модель расчета и основы методики определения несущей способности причалов на слабых основаниях, закрепленных илоцементными или полиэтиленовыми сваями, являются основными для разработки проектов грузовых причалов на илах большой мощности.

Достоверность результатов работы обеспечена за счет:

1.Фактических данных результатов инженерно-геологических изысканий на строительстве причалов в порту Темрюк;

2.Данных сейсмометрических измерений и расчетов физико-механических свойств илоцементного композита;

3.Идентификации физико-механических характеристик илоцементного композита

с нормативными показателями грунтов-аналогов;

4. Фактических данных результатов статических испытаний илоцементных свай, штамповых испытаний участка закрепленной территории причала, фактических данных определения осадки свай с учетом «отдыха».

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Идентификация физико-механических характеристик илоцементного композита с нормативными показателями грунтов-аналогов;

2. Основы методики расчета несущей способности причалов на грунтах-аналогах и свайного основания грузовой территории причала с учетом «отдыха» полиэтиленовых свай.

Личный вклад автора в получении научных результатов. Автором лично разработаны все разделы диссертации.

Апробация работы. Доклады по теме диссертации сделаны на конференциях профессорско-преподавательского состава МГАВТ в 2011 - 2013 годах.

Публикации. Работы, отражающие основные научные результаты опубликованы в рецензируемых изданиях рекомендованных ВАК: в журналах «Гидротехническое строительство» № 6, 2011г., «Речной транспорт XXI век», №1, 2012 г., №4, 2013г., «Вестник МГСУ», вып. №8, 2013г. Другие публикации: Материалы XXI, XXII и XXIII научно-практических конференций МГАВТ — 2011,2012,201 Згг.

Реализация результатов исследований. На основе проведенных исследований выполнены сравнительные расчеты несущей способности территории причала в порту Темрюк. Материалы исследований могут быть использованы в проектах причалов, а также — в учебном процессе для подготовки специалистов водного транспорта.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения по диссертации, списка использованных источников из 46 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, из которых следует методологическая концепция проведенного комплекса работ, представлены научная новизна и теоретическая значимость и практическая ценность и достоверность результатов, приводятся сведения о реализации результатов исследований и апробация, о публикациях, о структуре и объеме диссертационной работы.

Первая глава «Обзор существующих работ» содержит обзор существующих способов закрепления слабых грунтов основания причалов, основные понятия и общую справку о состоянии вопроса исследований на сегодняшний день. В настоящее время, существует несколько способов закрепления илистого основания. Два из них получили наибольшее распространение.

Первый способ заключается в ускорении процесса консолидации основания путем устройства вертикальных дрен из различных материалов (песок, геотекстиль и др.). Основным эксплуатационным недостатком данного способа следует считать относительно низкую несущую способность закрепленного грунта оснований причалов.

Второй способ заключается в армировании слабого грунтового массива грунтоцементными (илоцементными), деревянными, железобетонными, металлическими или пластиковыми (полиэтиленовыми) вертикальными элементами -сваями.

В главе рассмотрены результаты проектирования, строительства и натурных исследований причальных сооружений в сложных естественных условиях на примере грузового причала в порту Темрюк. Автором проекта фузового причала является ОАО Инженерная фирма «Инжмол», расчеты и научное сопровождение проекта выполнено сотрудниками кафедры «Водные пути и порты» Московской государственной академии водного транспорта (руководитель работ — д.т.н., профессор Костюков В.Д., ответственный исполнитель инж. Мочалов A.B.). Подрядной организацией, осуществившей впервые в мировой практике этот уникальный проект, стало ЗАО "МОЛ-МОРСТТОЙ". В 1983 г. было разработано «Руководство по проектированию илоцементных оснований и фундаментов портовых сооружений», РД 31.31.29-82.

Основания грузовых площадок, сложенные слабыми грунтами типа илов и укрепленные илоцементными сваями, представляют собой поле свай, покрытое поверх их голов грунтовым (песчаным) распределительным слоем.

На основе предварительных исследований сделан вывод об эффективности укрепления грунтовых оснований "сухим" способом фирмы Junttan (внесение вяжущего вещества в закрепляемый грунт в виде сухого цемента, диаметр образованной илоцеменгной сваи 0,5 м, глубина заложения до 18 м) с применением установки DS15.

В проекте в соответствии с выбором конструкции сооружений в рамках антисейсмических мероприятий принята конструкция заанкеренной стальной шпунтовой стенки (шпунт Ларсен V) — металлический больверк, с применением экранирующих свай и разгрузочной платформы, а также мероприятия по замене ила в зоне анкерной стенки (рисунок 1). Для предварительного обжатия грунта и вовлечения в работу илоцеменгной массы по длине анкерных тяг, а также с целью выборки начальных деформаций, в проекте предусмотрено предварительное натяжение анкеров.

Научное сопровождение проекта причала в порту Темрюк обосновывалось натурными исследованиями и расчетами несущей способности территории причала, возведенного на слабых грунтах большой мощности. Результаты работы изложены в диссертационной работе A.B. Мочалова «Несущая способность территорий причалов, возведенных на слабых грунтах большой мощности». Проблема несущей способности

непосредственно причального сооружения в диссертации Мочал ова A.B. не рассматривалась.

Территория причала

Разгрузочная платформа

ш

Дно

Плотный г эунт

Песчаный распределительный слой

Илоцементные сваи

Экранирующий свайный ряд из металлических труб

Рисунок 1. Поперечный разрез конструкции причала, возведенного на илах большой мощности в порту Темрюк.

Закрепление слабых грунтов илоцемештшми сваями в первоначальном виде был предназначен для обеспечения несущей способности территории причала на вертикальную нагрузку. Очевидной является необходимость разработки методики расчета конструкции причала, на закрепленных илоцементными (или полиэтиленовыми) сваями слабых основаниях. Следовательно, одним из главных направлений в проектировании и строительстве портов должны быть разработка методов расчета и технологии строительства причалов и других гидротехнических сооружений без удаления слабых грунтов оснований, а проектные решения для таких условий должны быть разработаны с учетом закрепления слабых грунтов и превращения их в несущий элемент конструкции.

Во второй главе «Расчет несущей способности и шага свай, применяемых для закрепления слабых оснований причалов» разработана основа методики определения и расчета несущей способности и шага свай применяемых для закрепления слабых грунтов основания причалов.

При разработке методики расчета причалов следует учитывать, что портовые территории и их основания выполняют двойную функцию: эксплуатационную и конструктивную и обе эти функции тесно взаимосвязаны. В составе территории порта различаются прикордонная А, В, переходная С и тыловая О грузовые зоны причала.

Исходя из положения, что несущая способность территории причала, возведенного на илах большой мощности, определяется несущей способностью свайного основания, в расчетной схеме нагрузка на головы свай будет состоять из нагрузки от распределительного слоя грунта (рисунок 2) и одной из нагрузок от складируемых грузов </, ч- .

Полевые испытания илоцементных свай для условия порта Темрюк. В лабораторных условиях были изучены прочностные свойства илоцемента при различной дозировке вяжущих, что позволило выработать рекомендации для оценки удельного расхода цемента. Сейсмологами проводились сравнительные испытания илистого основания в естественном залегании и грунта - аналога, закрепленного илоцементными сваями. В соответствии с методикой полевых испытаний свай на осевую вдавливающую нагрузку определялась несущая способность одиночных илоцементных свай на вертикальную нагрузку. Полевые испытания илоцементных свай при строительстве проводились с целью контроля соответствия их несущей способности расчетным нагрузкам на причал, предусмотренным в проекте в соответствии с ГОСТ 5686-78. Результаты испытаний свай на залавливающую нагрузку показали: Р, = 87,5 кН\ ¥г =95,0/сЯ; Р3 = 112,5 кН.

Ч4

42 Г^- яз

Распреде лительны й слой грунта

Рисунок 2. Нагрузки на головы свай.

Штамповые испытания территории причала, закрепленной илоцементными сваями для причала запроектированного на 2-ю категорию нагрузок (3-4-6 тс/м2) по нормам технологического проектирования морских портов, и размещения в тыловой зоне площадки для тяжеловесов, не предусмотренной ранее в проекте, производились

для сетки илоцементных свай 1200x1200 мм в тыловой зоне в соответствии с рабочим проектом, отметка голов свай 0,4-0,5 м (рисунок 3).

Распределительный слой от бытовой поверхности (+0,4 м) до отметки подошвы железобетонных плит покрытия (+2,3 м) отсыпан из мелкозернистого песка с коэффициентом плотности 0,9-0,95. Особенностью данных испытаний является то обстоятельство, что основанием на причале является композит, состоящий из ила, мощностью 14-17 м, закрепленного илоцементными сваями (рисунок 3).

Исследования показали, что вертикальную нагрузку на причале воспринимает распределительный песчаный слой и передает главным образом на илоцементные сваи и частично на ил, находящийся в межсвайном пространстве. Бесспорным является факт преобладающей роли свайного поля в обеспечении эксплуатационной надежности территории причала.

железобетонная плита штампа

-Й—1—и— слс|й угикрхеншрго пе|жа |; доо 900': | ^0.85

1 — ; ; 1

;йлоцементЫе сеаи

Л А (И ^ 77я

Шда

Рисунок 3. Схема штамповых испытаний территории причала. На основании результатов штамповых испытаний определено (рисунок 4), что нормативная несущая способность территории площадки тяжеловесов составила Рн =83кН /мг. Расчетная несущая способность территории причала в исследуемой грузовой зоне = 83 /1,2 = 69,2кН / м2.

Нагрузка на штамп Р, кН/м'

Осадка штампа 3, мм

Рисунок 4. Результирующий график зависимости осадки 5 штампа от давления Р. По результатам испытаний одиночных свай и штамповых испытаний территории

причала можно принять гипотезу о том, что несущая способность территории

причала определяется несущей способностью свайного основания. Большой интерес

представляют работы по исследованию структуры илоцементных свай.

Анализ ствола извлеченных из грунта илоцементных свай подтверждает

возможность образования разных структур илоцементного материала — четко

выраженный камнеподобный ствол сваи (рисунок 5) и — почти грунтоцементный

щебеночного типа композит (рисунок 6).

Рисунок 5. Камнеподобный ствол илоцементной сваи

Рисунок 6. Грунтоцементный композит щебеночного типа

В соответствии с классификацией илоцементные сваи в первом приближении могут быть отнесены к висячим буроинъекционным сваям.

По указанным выше условиям, выполнены сравнительные расчеты несущей способности илоцементных свай для эксплуатационных нагрузок второй и первой категории. Исходные данные для расчета представлены на расчетной схеме (рисунок 7). Диаметр илоцементных свай 0,5 м. Несущая способность сваи по грунту определяется из условия (1):

Х<Ъ/ук , (1)

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок); Рл — несущая способность одиночной сваи; ук — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2, если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой, и - 1,4, если несущая способность сваи определена расчетом.

Несущая способность сваи работающей на осевую сжимающую нагрузку, определяется как сумма сопротивлений грунта под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности (2):

Ра=Ус{усяМ + иЪус1/^). (2)

Где ус= 0,8 —■ коэффициент условий работы сваи; у1,0 — коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; А = 0,2 м2 — площадь опирания сваи; и = 1,57 м — периметр ствола илоцементной сваи диаметром 0,5 м; = 0,6 — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи при изготовлении ее под водой; — расчетное сопротивление ¡-го слоя грунта толщиной /г, на боковой поверхности ствола сваи, кПа.

Рисунок 7. Расчетная схема определения несущей способности илоцементных свай. Если несущая способность сваи определена по результатам нолевых испытаний (,РН =87,5Ш), коэффициент надежности принимается равным 1,2., расчетная

несущая способность илоцементной сваи составит =87,5/1,2 = 72,9кН. Для причалов первой и второй категории суммарные нагрузки N представлены в таблице 1. Следовательно, сетка свайного поля непосредственно зависит от величины грузовой площади, с которой производится сбор нагрузок Ж, и 2У2.

Нагрузка И, передаваемая через илоцементную сваю на грунт основания, с учетом веса сваи Ыг, равна (3):

N={N¡+N^+N3. (3)

Нормативная несущая способность территории площадки тяжеловесов (по штамповым испытаниям) составила ^я=83кН/м2. Расчетная несущая способность

территории причала в исследуемой грузовой зоне = 83/1,2 = 69,2кН!м2 .

Зависимость для определения шага илоцементных свай для квадратной сетки шаг свай Ьпр = Ьпч = 1.00,и имеет вид (4):

^ = I (4)

с т+ъь

Таблица 1 — Расчетные нагрузки N на илоцементные сваи в грузовых зонах причала

Категория нагрузки N¡ + N2, кН/м2(тс/м2) N у ,кН(тс) ,кН/м2(тс/м2)

1А 24+41,8=65,8(6,58) 30,7(3,07) 96,5(9,65)

1В 48+41,8=89,8(8,98) 30,7(3,07) 120.5(12,05)

1С 78+41,8=119.8(11,98) 30,7(3,07) 150,5(15,05)

го 130+41,8=171,8(17,18) 30,7(3,07) 202,5(20,25)

ПА 18+41,8=59,8(5,98) 30,7(3,07) 90,5(9,05)

ИВ 36+41,8=77,8(7,78) 30,7(3,07) 108,5(10,85)

ПС 52+41,8=93,8(9,38) 30,7(3,07) 124,5(12,45)

1ГО 78+41,8=119,8(11,98) 30,7(3,07) 150,5(15,05)

Шаг свай представлен в таблице 2.

Таблица 2 — Шаг свай (в скобках расстояние в свету) в грузовых зонах территории _причала при нагрузках первой и второй категории_

№№ пп

Категория причала

Шаг свай в грузовых зонах, Ьс, м

О

1,12(0,62)

0,96(0,46)

0,83(0,33)

0,69(0,19)

1,17(0,67)

1,03(0,53)

0,95(0,45)

0,83(0,33)

В качестве нормативного, принято наименьшее значение = 87,5£Я. Если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний, коэффициент надежности принимается равным 1,2. Тогда расчетная несущая способность илоцементной сваи составит = 87,5/1,2 = 72,9кН. Расстояние между илоцементными сваями в свету для причалов первой и второй категории удовлетворяет условию СНиП 2.02.03-85 только в зонах А, В и частично для причала второй категории.

В третьей главе «Физико-механические характеристики илоцементного композита» приводятся результаты исследований илоцементного композита, определяются физико-механические его свойства и анализ полученных данных исследований с нормативными, на примере порта Темрюк.

Впервые в инженерной практике в 1995-2000 гг. в порту Темрюк были выполнены сейсмометрические работы по изучению свойств илистых грунтов, закрепленных илоцементными сваями. Работы выполнялись по 2 продольным профилям и 4 поперечникам, которые располагались на участке закрепленных

14

грунтов, а также по профилю на участке незакрепленных илистых грунтов, находящихся в естественном состоянии. Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы: имеет место существенное различие в распределении скоростей упругих волн, по разрезам закрепленных и незакрепленных грунтов. Скорость нарастания упругих характеристик с глубиной и абсолютные значения скорости волн, модуля Юнга и модуля сдвига для закрепленных грунтов значительно выше. Особенно существенны различия в сдвиговых характеристиках грунта Использование сейсмоакустических методов для определения динамических упругих параметров основано на существующих теоретических связях между скоростями упругих волн, с одной стороны, и динамическими коэффициентами Пуассона /; и модулем Юнга — с другой стороны.

Уравнение связи модуля Юнга со скоростями продольных упругих волн УР и поперечных волн выглядит следующим образом (5):

В связи с тем, что строительство илоцементных свай в неоднородных илах выполнялось в течение нескольких лет (1994-2000г.) физико-механические характеристики закрепленных илов по площади могут существенно варьироваться.

С учетом охарактеризованной неоднородности и анизотропности закрепленных грунтов, массив, состоящий из илоцементных свай и из илов в межсвайном пространстве, можно рассматривать в виде суглинков тугопластичных и мягкопластичных с включениями обломочного материала от 20 до 35%. Соответственно угол внутреннего трения закрепленных грунтов варьирует в пределах (р = 12° —14°, С=35-40 кПа_— для мягкопластичных разностей и <р = 14° -18°, С=40-50 кПа — для тугопластичных. В процентном отношении зоны закрепленных мягкопластичных разностей составляют порядка 35%, закрепленных тугопластичных — 65% от общего объема массива закрепленных грунтов. Для незакрепленных илов, находящихся в водонасыщенном состоянии, значение угла внутреннего трения (в условиях быстрого не дренированного сдвига) не превышает <р = 6°, удельное сцепление С =30 кПа.

р

(5)

где

у— плотность грунта.

Идентификация физико-механических характеристик илоцементного композита с нормированными значениями. На предварительных стадиях проектирования нормативные значения характеристик с"и<рн для глинистых грунтов допускается принимать в зависимости от вида грунта, показателя консистенции /, и коэффициента пористости ев соответствии с СНиП 2.02.01-83 по проектированию оснований зданий и сооружений. Сравнивая данные СНиП 2.02.01-83 и результаты полевых испытаний, можно в качестве нормативных и расчетных принять значения таблицы 3.

Таблица 3 — физико-механические характеристики илоцементного композита и _данных СНиП 2.02.01-83'_

Предел значений Обозначение СНиП Илоцементный Расчетные

консистенции характеристик грунтов композит характеристики

грунтов

0.25 < IL <0.50 с" , кПа 15 40-50 15

с j, кПа 10 _ 10

тугоплстичный 14-18

(р И , градус 17 17

суглинок

(р,, градус 15 - 15

Е, кг / см 2 100 - 100

0.50 < IL <0.75 с" ,кПа 14 35-40 14

мягкопластичный с,, кПа 9 9

<р " , градус 14 12-14 14

суглинок (pi, градус 12 12

Е, кг / см 70 - 70

Таким образом, замена закрепленного илоцементными сваями слабого основания илоцементным композитом на данном этапе является наиболее приемлемой идеей при проектировании причалов на илах большой мощности. Полученные результаты по идентификации физико-механических характеристик илоцементного композита с данными СНиП 2.02.01-83* позволяет с достаточной надежностью выполнить расчеты причальных сооружений в рассматриваемых условиях.

В четвертой главе «Поверочные расчеты причалов построенных на слабых

грунтах (на примере порта Темрюк)» производится поверочный расчет

перегрузочного комплекса ООО «КГС-МОЛ» в порту Темрюк с целью проверки

устойчивости и прочности причала, возведенного на закрепленных илоцементными

сваями илах. Настоящий расчет выполнен в соответствии с нормативными

документами, а также на основании данных таблицы 3. Сейсмичность площадки

составляет 9 баллов. В работе произведен расчет экранированного больверка и

расчет общей устойчивости причального сооружения (рисунок 1). В расчете

16

принимается угол внутреннего трения и удельное сцепление в соответствии с данными главы 3 для мягкопластичных и тугопластичных разностей.

Расчет общей устойчивости и статический расчет больверка показывают, что полученные физико-механические характеристики илоцементного композита дают возможность выполнить расчеты, как для основного, так и для особого сочетаний нагрузок. К сожалению, на данном этапе исследований не разработана модель прямого учета влияния илоцементных свай на прочностные показатели слабых грунтов, закреплегашх этими сваями. Поэтому выполнять расчеты устойчивости и прочности причальных сооружений без обращения к параметрам илоцементного композита не представляется возможным.

В главе пять «Несущая способность пластиковых свай на вертикальную нагрузку. Определение глубины заложения полиэтиленовых свай» рассматривается возможность применения для закрепления территорий причалов полиэтиленовых свай.

Как показывают результаты инженерно-геологических изысканий, в грунтах на территориях строительных площадок, имеются подземные воды, в разной степени агрессивные как по отношению к бетону и металлу, в связи с этим для изготовления илоцементных свай применяется сульфатостойкий портландцемент. Однако в настоящее время вопросы долговечности илоцементных свай пока остаются открытыми. Как показывают исследования структуры илоцементных свай, извлеченных из грунта причала, неоднородность является следствием не только технологических особенностей изготовления свай, но и неоднородности грунтовых условий в толще ила. Повлиять на оба фактора с целью повышения плотности, а соответственно и — долговечности илоцементных свай в настоящее время не представляется возможным. В связи с этим автором было решено рассмотреть в качестве армирующих элементов полиэтиленовые полые сваи, заполненные песком, поскольку они способны выдерживать большие нагрузки, не подвержены коррозии, отличаются прочностью и долговечностью. Такие конструкции рассматриваются как буронабивные сваи. Для погружения полиэтиленовых свай можно применить известный способ для погружения буронабивной сваи с песчаной засыпкой. Такой метод позволяет применять полиэтиленовые сваи разного диаметра и разной длины для одного итого же сваебойного оборудования.

В настоящее время требуется все более мощные перегрузочные комплексы и все чаще ставится вопрос о повышении нагрузки на грузовые причалы, порт Темрюк не является исключением. Решение проблемы можно искать в изменении конструкции закрепления слабого основания с учетом тиксотропных свойств глинистых грунтов оснований. Как показал анализ материалов исследований взаимодействия свай с разными видами грунтов, в основу решения проблемы повышения категорийности причалов на слабых основаниях может быть положена методика увеличения несущей способности сваи в глинистых грунтах за время «отдыха» (*). Это явление впервые было изучено Г.Ф. Новожиловым. Было установлено, что увеличение несущей способности происходит по экспоненциальной зависимости и после шести недель составляет: в супесях — в 1,1...1,2 раза; в суглинках — в 1,3...1,5 раз; в глинах — в 1,7...6 раз.

Используя выше сказанное, автором выполнены предварительные оценки несущей способности полиэтиленовой сваи для условий первой категории нагрузки в порту Темрюк. В соответствии с материалами инженерно-геологических изысканий, рекомендуется принять грунтами основания территории причалов илистые грунты мощностью 14 м, подстилающий слой — глины легкие твердые. Для исследования приняты сваи из полиэтиленовых труб ПНД ПЭ 100 SDR-26 диаметром 280 и 315 мм. Материал свай может быть различный, в конечном итоге решение принимается по стоимостным и прочностным показателям. Для основного сочетания получены данные, представленные в таблице 4.

Таким образом, начальная расчетная несущая способность свай составляют 34,35 кН ;42,76 кН (таблица 4). Используя экспериментальные данные Г.Ф.Новожилова, определялась несущую способность свай через 6 недель отдыха.

Через 6 недель несущая способность сваи диаметром 280 мм почти станет равной нагрузке 1-й категории (рисунок 8):

N<LFdl!yk = 130 = 126,28 кН. (6)

Таблица 4 — Расчетные параметры несущей способности пластиковой сваи

№пп Глубина СЛОЯ.М fi х 0,7 х мн R, х 0,7 х А 2ХЛ4

Свая диаметром 0,28м

1 2 0,3*0,7*2*0,88=0,37 0 0

2 2 0,5*0,7*2*0,88=0,616 0 0

3 10 0,6*0,7*10*0,88=3,70 1000*0,7*0,062=43,4 48,09/1,4=34,35(3,44 тс)

Свая диаметром 0,315м

1 2 0,3*0,7*2*0,99=0,42 0 0

2 2 0,5*0,7*2*0,99=0,69 0 0

0,6*0,7*10*0,99=4,16 1000*0,7*0,078=54,6 59,87/1,4=42,76(4,28тс)

Для сваи диаметром 315 мм несущая способность, соответствующая расчетной нагрузке 1-й категории наступит приблизительно через 3 недели (рисунок 9).

= 130 = 132,61кН. (7)

Несущая способность сваи Р. йН но

Расчетная кзгруаз на терраиторяи причала 1 категории

Несущая способность сван, Р, кН

Р-44.44 ♦ 51.77Т- 9,417^*0,651* §

Н1« 0,992

Расчетная нагрузи на теврй!оррию пртала 2 категории

Время отдыха сваи Т, недель

Время отдыха саай Т, недель

Рисунок 8. Изменение несущей способности Рисунок 9. Изменение несущей способности

сваи Е>=280 мм в течение 6 недель отдыха

сваи Б= 315 мм в течение 6 недель отдыха

Для расчета несущей способности свай по результатам динамических испытаний может быть применена формула Н. М. Герсеванова (8):

Р Ж ><р 2

(8)

(¡) + с

где — площадь поперечного сечения сваи, м2; е — отказ (погружение от одного удара) сваи, см; (Э — вес ударной части молота одиночного и двойного действия и дизель-молотов или полный вес подвесных молотов, т;д — вес сваи, наголовника (при его наличии) и подбабка (при наличии), т; Н — расчетная высота падения ударной части молота, см; п — коэффициент, зависящий от материала сваи и способа забивки, т/м2.

Расчетное сопротивление (несущая способность) сваи определяется:

Р = ктР„р (9)

Материалы динамических испытаний металлических свай и результаты расчета их несущей способности рассматриваются в данном разделе с целью первоначальной оценки глубины заложения конца полиэтиленовых свай. Динамические испытания

свай в порту Темрюк бьши выполнены в процессе строительства причала и преследовали главную цель — определить несущую способность свай в разное время после забивки и добивки (отдыха) свай.

Таким образом, использование свайных оснований для повышения несущей способности территории причала с учетом отдыха полиэтиленовых свай может оказаться одним из важных направлений при проектировании и строительстве перегрузочных комплексов на илах большой мощности.

В Заключении сформулированы основные научные и практические результаты, полученные в результате проведенных исследований. Автором была достигнута основная цель, поставленная в данном исследовании, а именно разработана основа методики расчета несущей способности грузовых причалов, построенных на илах большой мощности и закрепленных как илоцементными сваями, так и полиэтиленовыми сваями.

Основные выводы диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Методы закрепления ила делятся на две основные группы:

1) консолидация ила путем применения песчаных дрен — характеризуется значительным увеличением времени строительства (нередко дополнительно более одного года) и потребностью в больших объемах песка и утилизация ила, вынимаемого из обсадных труб.

2) закрепление слабых грунтов илоцементпыми сваями — в первоначальном виде был предназначен для обеспечения несущей способности территории причала на вертикальную нагрузку. Одним из пивных преимуществ илоцементной технологии над технологией песчаных дрен является отсутствие огрузки территории и сокращение времени строительства сооружения. Однако наряду с этим имеются недостатки, для ликвидации которых требуются дальнейшие исследования других способов закрепления грунта в основании причала.

2. По мнению автора, очевидной является необходимость разработки методики расчета конструкции причала на закрепленных илоцементными (или полиэтиленовыми) сваями слабых основаниях.

3. На основании анализа ствола извлеченных из грунта илоцементных свай подтверждающих возможность образования разных структур илоцементаого

материала и расчета шага свай для причалов первой и второй категории, который удовлетворяет условию СНиП 2.02.01-83* только в зонах А, В и частично для причала второй категории можно рассматривать ил закрепленный илоцементными сваями как илоцементный композит, на данном этапе является наиболее приемлемой идеей при проектировании причалов на илах большой мощности.

4. Использованный в диссертации прием идентификации физико-механических характеристик илоцементного композита с данными СНиП 2.02.01-83* позволяет с достаточной надежностью выполнять расчеты причальных сооружений в рассматриваемых условиях. Природу значительных расхождений нормативных значений удельного сцепления и полученных экспериментальным путем для илоцеменпюго композита установить пока не представляется возможным, поэтому в расчетной модели принимаются меньшие значения удельных сцеплений - значения СНиП 2.02.01-83*.

5. Расчет общей устойчивости и статический расчет больверка с использованием данных полученных путем идентификации физико-механических характеристик илоцементного композита и нормативными характеристиками грунтов-аналогов показали возможность выполнять расчеты, как для основного, так и для особого сочетаний.

6. Использование свайных оснований для повышения несущей способности территории причала с учетом отдыха свай может оказаться одним из важных направлений при проектировании и строительстве перегрузочных комплексов на илах большой мощности с использованием как илоцементных, так и полиэтиленовых свай.

7. Очевидно, при сохранении существующей технологии возведения причалов, повысить категорию нагрузки на открытых складских площадях вряд ли возможно, поскольку илоцементные сваи диаметром 0,5 м не обеспечат несущую способность под нагрузкой первой категории. Решение проблемы можно искать в изменении конструкции закрепления слабого основания при учете тиксотропных свойств глинистых грунтов оснований. Применение полиэтиленовых свай для закрепления слабых грунтов причальных сооружений в ближайшие годы станет вполне возможным, после дополнительных исследований технологии погружения свай и уменьшения стоимости 1 погонного метра полиэтиленовой трубы. На данный момент отсутствует какая-либо техническая и нормативная литература по данному вопросу.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах: Издания по перечню ВАК:

1. В.Д.Костюков, Г.А.Степанян. Закрепление слабых грунтов оснований причалов полиэтиленовыми перфорированными сваями. //Гидротехническое строительство,— М.: —

2011.— №6 — С. 56-58.

2. В.Д.Костюков, Г.А.Степанян. К вопросу о повышении несущей способности территории причалов на слабых основаниях. // Речной транспорт (XXI век).— М.: №1,—

2012.—С. 79-81.

3. Е.А. Корчагин, М.А. Сахненко, Г.А. Степанян. Технология закрепления грунта и эксплуатация транспортных сооружений на слабых основаниях.// Речной транспорт (XXI век).— М .: —№ 4. — 2013. — С. 66-70.

4. Е.А. Корчагин, М.А. Сахненко, Г.А. Степанян. Строительство причалов на слабых грунтах основания с искусственно улучшенными физико-механическими характеристиками. // Вестник МГСУ.— М.: — 2013,— вып. №8.— С. 68-72.

Материалы научно-практических конференций и другие издания:

1. В.Д.Костюков, Г.А.Степанян. Закрепление слабых оснований причалов пластиковыми сваями-дренами.//Матёриалы XXI научно-практической конференции МГАВТ-М.: — МГАВТ,— 2011 г.— С. 14-18.

2. Г.А. Степанян. Исследование сетки илоцементных свай для причалов 1 и 2 категории.//Материалы XXII научно-практической конференции МГАВТ-М.: — МГАВТ,— 2012 г.— С. 17-21.

3. Г.А. Степанян. Исследование несущей способности причалов, возводимых на

слабых хрунтах. //Материалы XXIII научно-практической конференции МГАВТ — М.:,— МГАВТ,— 2012 г.— С. 20-26.

СТЕПАНЯН ГЕОРГИЙ АРУТЮНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРИЧАЛОВ, ВОЗВОДИМЫХ НА ИЛАХ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

АВТОРЕФЕРАТ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать ^■"У 2014 г. Формат 60x90/16. Объем 1,5 усл.п.л. Тираж 100 экз.

Альтаир-МГАВТ Московская государственная академия водного транспорта 117105, Москва, Новоданиловсая набережная, д.2, корп.1

Министерство Транспорта Российской Федерации Федеральное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Московская государственная академия водного транспорта»

На правах рукописи

04201459366

СТЕПАНЯН ГЕОРГИЙ АРУТЮНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРИЧАЛОВ, ВОЗВОДИМЫХ НА ИЛАХ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Корчагин Е.А. Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Костюков В. Д.

Москва 2014

Содержание

Перечень определений 4

Введение 5

1 Анализ современного состояния вопроса исследований 9

1.1 Консолидация илистого основания закрепляемой территории 13 путем устройства песчаных дрен

1.2 Закрепление слабых грунтов основания причалов с помощью 16 илоцементных свай, разработанных по методике НИИ оснований и подземных сооружений

1.3 Закрепление слабых грунтов основания причалов с помощью 20 илоцементных свай, разработанных и возведенных по методике инженерной фирмы «ИНЖМОЛ»

1.4 Выводы по главе 1 25

2 Исследование несущей способности и расчет шага свай, 26 применяемых для закрепления слабых оснований причалов

2.1 Основные положения расчета причальных сооружений типа 27 больверк, возводимых на илах большой мощности

2.2 Полевые испытания илоцементных свай 29

2.3 Сетка илоцементных свай в грузовых зонах территории при- 37 чала

2.4 Выводы по главе 2 45

3 Физико-механические характеристики илоцементного ком- 46 позита

3.1 Результаты сейсмометрических исследований 46 илоцементного композита

3.2 Идентификация физико-механических характеристик 51 илоцементного композита с нормативными значениями

3.3 Выводы по главе 3 53

4 Поверочные расчеты причалов, построенных на слабых 54

грунтах (на примере порта Темрюк)

4.1 Конструирование свайного поля в грузовых зонах территории 55 причала

4.2 Расчет экранированного больверка 58

4.2.1 Расчет общей устойчивости экранированного больверка на 60 основное и особое сочетание нагрузок

4.2.2 Статический расчет больверка для основного и особого со- 62 четания нагрузок

4.3 Выводы по главе 4 65 5 Исследование несущей способности полиэтиленовых свай на 66 вертикальную нагрузку. Определение глубины заложения полиэтиленовых свай

5.1 Применение полиэтиленовых свай для закрепления ила 66

5.2 Исследование несущей способности полиэтиленовых свай 69

5.3 Определение глубины заложения полиэтиленовых свай 74

5.4 Выводы по главе 5 80 Заключение 81 Список использованных источников 84 Приложения 88 ПРИЛОЖЕНИЕ А. Таблица результатов штамповых испытаний территории причала 89 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты сейсмологических испытаний закрепленного илоцементными сваями массива грунта 91 ПРИЛОЖЕНИЕ В. Расчет общей устойчивости причала типа больверк закрепленного илоцементными сваями 94 ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Статический расчет экранированного больверка 100 ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Расчетные характеристики полиэтиленовых

труб. Результаты динамических испытаний свай 115

Перечень определений

В настоящей диссертации применяют следующие термины с соответствующими определениями:

Причальные сооружения — портовые гидротехнические сооружения, оборудованные швартовными и отбойными устройствами и предназначенные для стоянки, обработки и обслуживания судов.

Илы - тонкодисперсные глинистые отложения, несущая способность которых не превышает 10-30 кН/м (1,0-3,0 тс/м ).

Песчаные дрены - колонны из песка, располагаемые в плане по определенной сетке и соединяющиеся между собой поверху покровным дренирующим слоем пригрузки (песчаной подушкой).

Илоцементные сваи - камнеподобный материал, получаемый смешиванием в определенных пропорциях ила с цементом.

Композит - массив, состоящий из илоцементных свай и из илов в межсвайном пространстве.

Срок службы причального сооружения - срок эксплуатации ПК от момента сдачи в эксплуатацию до наступления предельного состояния.

Введение

Актуальность темы. В современных морских и речных портах все чаще приходится возводить и эксплуатировать причальные сооружения, построенные на сжимаемых слабых грунтах.

Целесообразность, а в некоторых случаях необходимость освоения таких территорий чаще всего определяется двумя главными причинами:

а) выгодным экономико-географическим положением площадки строительства (порты Усть-Луга, Темрюк и др.);

б) отсутствием в прилегающих районах строительных площадок с нормальными инженерно-геологическими условиями. Как правило, подходящие по геологическим условиям, площадки были в прошлом использованы для строительства ныне действующих портов.

Строительство сооружений на слабых грунтах представляет собой одну из самых трудных инженерных задач. Тонкие илистые наносы образуют грунт, имеющий очень мелкую структурную сетку и находящийся на пределе текучести. Нел

сущая способность ила (10 - 30 кН/м) меньше эксплуатационной нагрузки на

"у

территории причала (15-200 кН/м ) обусловленной давлением на основание.

Таким образом, наиболее важным и актуальным с эксплуатационной точки зрения, является требование обеспечить заданную категорию нагрузки на территории причала, обеспечив при этом прочность и устойчивость конструкции причального сооружения.

В связи с этим диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения устойчивости и прочности причалов, построенных на илах большой мощности.

Соответствие специальности 05.22.19. В соответствие с паспортом специальности 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», работа соответствует:

-формуле специальности, т.к. ее содержанием является разработка научных проблем эффективного функционирования и развития водного транспорта (морского и речного);

-пункту 7 объектов специальности: «Эксплуатация, ремонт и реконструкция основных фондов на водном транспорте»; -пункту 12 области исследований: «Эксплуатационная надежность и реконструкция портовых гидротехнических сооружений и перегрузочных комплексов».

В соответствие с пунктом 1 статьи 4 Федерального закона « О морских портах в Российской Федерации (от 8 ноября 2007 г. № 261-ФЗ), объектами инфраструктуры морского порта являются: портовые гидротехнические сооружения, инженерные коммуникации, склады, иные здания, строения, сооружения, расположенные на территории и (или) акватории морского порта.

Объект исследования - причальные сооружения на слабых основаниях.

Предмет исследования - несущая способность причалов, построенных на илах большой мощности, закрепленных как илоцементными, так и полиэтиленовыми сваями.

Цель исследования. Целью диссертационной работы является разработка основ методики расчета несущей способности грузовых причалов, построенных на илах большой мощности закрепленных илоцементными и полиэтиленовыми сваями.

Задачи исследования:

1.Выполнить анализ существующих методов закрепления слабых оснований и их несущей способности, определить достоинства и недостатки.

2.Разработать расчетную схему определения шага илоцементных свай и на основании сейсмометрических измерений выполнить увязку физико-механических свойств илоцементного композита с нормативными показателями грунтов-аналогов;

3.Разработать методическую основу расчета несущей способности полиэтиленовых свай для грузовых причалов в зависимости от категории эксплуатационной нагрузки;

Методы исследований. Анализ и математическая обработка материалов проектов и результатов натурных испытаний причалов, возводимых на илах большой мощности. Разработка моделей расчета несущей способности оснований причалов, закрепленных илоцементными или полиэтиленовыми сваями.

Научная новизна работы. Разработана модель расчета положенная в основу методики определения несущей способности причалов на слабых основаниях, закрепленных илоцементными или полиэтиленовыми сваями.

Теоретическая значимость работы. Идентификация физико-механических характеристик илоцементного композита с нормативными показателями грунтов-аналогов.

Практическая значимость работы. Разработанная модель расчета и основы методики определения несущей способности причалов на слабых основаниях, закрепленных илоцементными или полиэтиленовыми сваями, являются основными для разработки проектов грузовых причалов на илах большой мощности.

Достоверность результатов работы обеспечена за счет:

¡.Фактических данных результатов инженерно-геологических изысканий на строительстве причалов в порту Темрюк;

2.Данных сейсмометрических измерений и расчетов физико-механических свойств илоцементного композита;

3.Идентификации физико-механических характеристик илоцементного композита с нормативными показателями грунтов-аналогов;

4. Фактических данных результатов статических испытаний илоцементных свай, штамповых испытаний участка закрепленной территории причала, фактических данных определения осадки свай с учетом «отдыха».

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Идентификация физико-механических характеристик илоцементного композита с нормативными показателями грунтов-аналогов;

2. Основы методики расчета несущей способности причалов на грунтах-аналогах и свайного основания грузовой территории причала с учетом «отдыха» полиэтиленовых свай.

Личный вклад автора в получении научных результатов. Автором лично разработаны все разделы диссертации.

Апробация работы. Доклады по теме диссертации сделаны на конференциях профессорско-преподавательского состава МГАВТ в 2011 - 2013 годах.

Публикации. Работы, отражающие основные научные результаты опубликованы в рецензируемых изданиях рекомендованных ВАК: в журналах «Гидротехническое строительство» № 6, 2011г., «Речной транспорт XXI век», №1, 2012 г., №4, 2013г., «Вестник МГСУ», вып. №8, 2013г. Другие публикации: Материалы XXI, XXII и XXIII научно-практических конференций МГАВТ - 2011, 2012, 2013гг.

Реализация результатов исследований. На основе проведенных исследований выполнены сравнительные расчеты несущей способности территории причала в порту Темрюк. Материалы исследований могут быть использованы в проектах причалов, а также - в учебном процессе для подготовки специалистов водного транспорта.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения по диссертации, списка использованных источников из 46 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 14 таблиц.

1 Анализ современного состояния вопроса исследований

К неблагоприятным естественным условиям строительства морских и речных причальных сооружений можно отнести сочетание слабых грунтов большой мощности (более 10-15 метров) в основании сооружения с проявлением сейсмических воздействий [с.25;41;43].

Закрепленные слабые грунты должны удовлетворять двум основным требованиям расчета конструкции причального сооружения:

а)Прежде всего, приобретенные после закрепления прочностные показатели грунта должны обеспечить прочность и устойчивость причала.

б)Вторым не менее важным с эксплуатационной точки зрения является требование обеспечить заданную категорию нагрузки на территории причала.

В настоящее время существует несколько способов закрепления илистого основания. Два из них получили наибольшее распространение.

Первый способ заключается в ускорении процесса консолидации основания путем устройства вертикальных дрен из различных материалов (песок, геотекстиль и др.), пронизывающих всю толщу слабого грунта [9]. Второй способ заключается в армировании слабого грунтового массива грунтоцементными вертикальными элементами - сваями [с.3;44].

В работе рассмотрены результаты проектирования, строительства и натурных исследований причальных сооружений в сложных естественных условиях на примере грузового причала в порту Темрюк (см. рис. 1.1). Данный объект оказался первым, возведенным на илах большой мощности.

Автором проекта грузового причала является ОАО «Инженерная фирма «Инжмол» (директор инженер Ярошенко И.Н.), расчеты и научное сопровождение проекта выполнено сотрудниками кафедры «Водные пути и порты» Московской государственной академии водного транспорта (руководитель работ - заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор Костюков В.Д., ответственный исполнитель инж. Мочалов A.B.).

Подрядной организацией, осуществившей впервые в мировой практике этот уникальный проект, стало ЗАО "МОЛ-МОРСТРОЙ" (генеральный директор инженер Щепетинов П.А.)

На основании инженерно - геологических испытаний определено, что площадка строительства причала по сейсмическим свойствам занимает промежуточное положение между восемью и девятью баллами.

Антисейсмические мероприятия в проекте разрабатывались в соответствии с требованиями и рекомендациями соответствующих нормативных документов [с.37].

Основные положения антисейсмических требований при проектировании и строительстве портовых причальных сооружений заключались в следующем:

а) «При наличии в основании сооружений слоя слабых грунтов (илов) следует удалять эти грунты либо предусматривать специальные меры к их уплотнению или закреплению».

б) «Причальные сооружения следует, как правило, возводить в виде конструкций, не подверженных одностороннему давлению грунта. При невозможности выполнения этого условия следует применять заанкеренные стальные шпунтовые стенки при нескальных основаниях и стенки из массивов - гигантов при скальных основаниях. При сейсмичности 7 и 8 баллов допускается также применение сборных конструкций из кладки обыкновенных массивов с выполнением конструктивных специальных мероприятий по усилению монолитности сооружений».

Пункт первый антисейсмических мероприятий включает два основных положения: или удаление слабых грунтов, или их уплотнение или закрепление. Суть проекта строительства причала в Темрюке заключалась в том, чтобы слабые грунты основания не удалять, а с помощью инженерных методов закрепить и использовать в качестве территории причала.

Замена слабых грунтов (рис. 1.2) в портовом строительстве является дорогостоящей операцией, при этом, основная проблема состоит в удалении и утилизации больших объемов илистых грунтов. Прежняя практика сбросов илистых

грунтов на морские свалки категорически запрещена либо требует значительной финансовой компенсации.

Территория причала

Разгрузочная платформа

0/0

1Й7

Дно

Плотный г

эунт

□ т

Песчаный распределительный слой

Илоцементные сваи

Экранирующий свайный ряд из металлических труб

(Рис. 1.1) - Поперечный разрез конструкции причала, возведеного на илах большой мощности в порту Темрюк.

Не менее трудным, а порой и неразрешимым, является также вопрос добычи песка, пригодного для замены ила.

Как следствие указанных выше причин, стоимость замены илов в причальных и других портовых сооружениях составляет значительную долю в смете строительства объектов.

Следовательно, одним из главных направлений в проектировании и строительстве портов, должны быть разработка методов расчета и технологии строительства причалов и других гидротехнических сооружений без удаления слабых грунтов оснований, а проектные решения для таких условий должны быть разра-

ботаны с учетом закрепления слабых грунтов и превращения их в несущий элемент конструкции [с. 13; 43].

Я =1.3д.

Я ггпт Т------------- 1

Лицевая стенка У.В. N ШШШШ Ц\ 1.........................

J * ♦ • • • • • •" . ф • * •. • • • • ■ • / ' • . л • . •* ' • Анкерная • • • • * • • стенка —•* ■'* *■ ■ • . • -. ^ • » • . / -. • * */<" •и .. \ • \ учл со о ,/ И (Л (Л / И и (Л

Отметка • » /и /> • • » • ♦ • * ■ *»» * • ... . . •.« «. . • . . . • . • • • V • * * * • • со V« <Л --^^ сл ^ ^ •■•*••• • ГГТ--К ■ ••» . * » . Песчаный грунт

дна V со <л " " <" " «л „ ^ «" V. V, и и И и м ^ - - - ~ „ ~ «" со со Сваи кранового т ■-у7 пути V, ^ «Г ~ " ~ - - сл СО с^ - , с Суглинок сл илистый • V> О 4Л «Л СО ^ ЕЛ И (я

■ , ••««••• " • • • • • • * • • • « • • « « • •. . * • . • . . • • . • • • . • - . • • • • ••• • • » • • •«

Плотный грунт

(Рис. 1.2) - Схема строительства с заменой основания.

В настоящее время существует несколько способов закрепления илистого основания. Два из них получили наибольшее распространение.

Первый способ заключается в ускорении процесса консолидации основания путем устройства вертикальных дрен из различных материалов (песок, геотекстиль и др.), пронизывающих всю толщу слабого грунта. Второй способ заключается в армировании слабого грунтового массива грунтоцементными (илоцемент-ными), деревянными, железобетонными, металлическими или пластиковыми (полиэтиленовыми) вертикальными элементами — сваями.

1.1 Консолидация илистого основания закрепляемой территории путем устройства песчаных дрен

Устройство песчаных дрен в прошлом являлся одним из наи�