ПРОТИВООПОЛЗНЕВОЕ СООРУЖЕНИЕ И СМЕСЬ ДЛЯ ЕГО УСТРОЙСТВА

Предложено противооползневое сооружение, включающее сваи или короткие (по длине) верти-кальные стены, устроенные в толще оползня и заделанные в основание оползня, в котором сваи или короткие вертикальные стены расположены по сомкнутым в ряд отрезкам кривых линий, например, по дугам круга или параболам, выпук-лость


которых направлена вверх по склону.
Сомкнутые в ряд отрезки кривых линий могут быть наложены друг на друга со смещением, например, удвоены или утроены со смещением, соответственно, на пол шага или на треть шага.
Сваи или короткие вертикальные стены могут быть устроены в виде шпонок в пределах части оползня, где коэффициент устойчивости склона меньше расчетного коэффициента устойчивости.
Сваи или короткие вертикальные стены эф-фективнее формировать из смеси, включающей крупно- и мелкодисперсные жесткие грунтовые материалы, в которой массовая доля крупнодис-персной части составляет 40-70 %, а размер ча-стиц не превышает 30 мм. Оптимальное соотно-шение частей - примерно 1:1.
Смесь может включать тонкодисперсную до-бавку, массовая доля которой составляет 20-35 % от мелкодисперсной части и (или) вяжущую до-бавку, массовая доля которой составляет 4-12 % от мелкодисперсной части или от суммы мелко- и тонкодисперсных частей.

Изобретение относится к области строительства, в частности, устройствам, обеспечивающим устойчивость склонов и откосов.
Известны противооползневые сооружения, устраиваемые методами механического крепле-ния откосов (склонов) и включающие ряды желе-зобетонных свай или отдельных свайных кустов, а также железобетонных столбов, в том числе свай в виде шпонок в твердых грунтах с четко выраженной ослабленной поверхностью, опи-санные в книге [1], стр. 167 и 241, а также в книге [2], стр. 329-330. Равномерное расположение свай и применение высокопрочных материалов, как бетон и железобетон имеют ряд недостатков, в числе которых возможность обтекания свай грунтом и неполное использование несущей спо-собности конструкций в целом и материала свай в частности, особенно в верхней части оползня, где отсутствует сдвиг (скашивание) грунта. Наиболее проявляются эти недостатки в случае условной однородности толщи грунта на боль-шую глубину, т. е. при отсутствии явно выражен-ной линии скольжения (сползания) по поверхно-сти подстилающего оползень слоя грунта с более лучшими прочностными и жесткостными харак-теристиками. При обтекании свай грунтом фак-тически сваи частично или полностью выклю-чаются из работы, соответственно не обеспечи-вается совместная их работа с грунтом.
Наиболее близким к предлагаемому являет-ся противооползневое сооружение по авторско-му свидетельству СССР № 990972 [3], включаю-щее вертикальные стены, заделанные в подсти-лающее оползень основание, в котором верти-кальные стены расположены вдоль оползня с уменьшением расстояния между смежными сте-нами в направлении к нижней границе оползня. Несмотря на неравномерное расположение вер-тикальных стен - учащение их количества в направлении к нижней границе оползня, приме-нение высокопрочных материалов, как бетон и железобетон не позволяют полностью исключить возможность обтекания стен грунтом. Сохраня-ется и неполное использование несущей способ-ности конструкций в целом и материала стен в частности, особенно в части оползня, где отсут-ствует сдвиг (скашивание) грунта.
Частично можно снять вышеуказанные не-достатки применением менее прочных материа-лов, чем бетон или железобетон. Например, для формирования набивной сваи при глубинном уплотнении просадочных грунтов пробивкой скважин используют жесткие дисперсные грун-товые материалы. В качестве таковых служат щебень, гравий, песчано-гравийная смесь, шлак и им подобные материалы [4], стр. 196. Однако такой подход снимает проблему неполностью. Кроме того, недостатком этих материалов явля-ется их высокая водопроницаемость, что в слу-чае попадания воды в тело свай приводит к ускорению водонасыщения и, следовательно, к снижению прочностных и деформативных ха-рактеристик массива неводонасыщенного грун-та.
Цель изобретения - устранение вышеуказан-ных недостатков, т.е. снижение возможности об-текания грунтом свай или вертикальных стен, более полное использование их несущей способ-ности и резкое снижение водопроницемости ма-териала свай или вертикальных стен.
Поставленная цель достигается путем при-менения противооползневого сооружения, вклю-чающего сваи или короткие (по длине) верти-кальные стены, устроенные в толще оползня и заделанные в основание оползня, в котором сваи или короткие вертикальные стены расположены по сомкнутым в ряд отрезкам кривых линий, например, по дугам круга или параболам, вы-пуклость которых направлена вверх по склону..
Сомкнутые в ряд отрезки кривых линий мо-гут быть наложены друг на друга со смещением, например, удвоены со смещением на пол шага либо утроены со смещением на треть шага.
Короткие вертикальные стены имеют длину, равную от 2 до 6 толщин стены.
Сваи или короткие вертикальные стены мо-гут быть устроены в виде шпонок в пределах ча-сти оползня, где коэффициент устойчивости склона меньше расчетного коэффициента устой-чивости. Предпочтительно, если оголовки свай или верхняя часть коротких вертикальных стен заделаны на величину 0,5-2 поперечного разме-ра сваи или толщины вертикальной стены в часть оползня, где коэффициент устойчивости склона выше расчетного коэффициента устойчи-вости.
Сваи или вертикальные стены противо-оползневого сооружения эффективнее формиро-вать из смеси, включающей крупнодисперсный (щебень, гравий и т. п.) и мелкодисперсный (раз-личные пески) жесткие грунтовые материалы, в которой массовая доля крупнодисперсного жест-кого грунтового материала составляет 40-70 %, а размер частиц не превышает 30 мм, остальное мелкодисперсный жесткий грунтовый материал. При этом оптимальное соотношение крупнодис-персного и мелкодисперсного частей в смеси со-ставляет примерно 1:1.
Смесь может включать тонкодисперсную добавку, например, глинистый грунт, причем массовая доля тонкодисперсной добавки состав-ляет 20-35% от массы мелкодисперсного жестко-го грунтового материала. Смесь может включать вяжущую добавку, например, известь, причем массовая доля вяжущей добавки составляет 4-12% от массы мелкодисперсного жесткого грун-тового материала либо от общей массы мелко-дисперсного жесткого грунтового материала и тонкодисперсной добавки.
Смесь может включать известково-грунтовую смесь, массовая доля которой состав-ляет 20-35% от общей массы мелкодисперсного жесткого грунтового материала, причем массо-вое соотношение извести к глинистому грунту составляет от 1:25 до 1:8.
Предлагаемое в качестве изобретения реше-ние поясняется чертежами.
На фиг.1а в плане показаны противоополз-невое сооружение, устроенное из свай (1), распо-ложенных по сомкнутым в ряд отрезкам кривых линий (2) (по дугам круга), выпуклость которых направлена вверх по склону, а также верхняя бровка (3) склона и его нижняя граница (4), а на фиг. б изображено то же из коротких вертикаль-ных стен (5).
На фиг.2 показан разрез по линии А-А (фиг.1) склона (6), где сваи (1) расположены в пределах оползня (А), ограниченного поверхно-стью ожидаемого сдвига (7) и заделаны в осно-вание оползня (Б).
На фиг.3 а показано расположение свай (1) по сомкнутым в ряд отрезкам кривых линий (2) (по дугам круга), наложенных друг на друга (удвоенных) со смещением на пол шага (l/2), а на фиг.З б расположение коротких вертикальных стен (5) по утроенным дугам круга (2) со смеще-нием на треть шага (l/3).
На фиг.4 показан разрез по линии Б-Б (фиг.3) склона (6) со сваями (1), расположенными в пре-делах части оползня (А2), где коэффициент устойчивости склона меньше расчетного коэф-фициента устойчивости. Каждая свая своим острием заделана в основание оползня (Б), а ого-ловком - в часть оползня (А1), где коэффициент устойчивости склона выше расчетного коэффи-циента устойчивости. Часть оползня (А2) ограни-чена меньше линиями (8) и (9), в пределах кото-рой величина коэффициента устойчивости скло-на меньше величины расчетного коэффициента устойчивости.
На фиг.5 показано то же, что и на фиг.4 в ва-рианте с короткими вертикальными стенами (5)
Как известно, форму оползня склона (отко-са), сложенного относительно однородными грунтами на большую глубину, т. е. при отсут-ствии явно выраженной линии скольжения (спол-зания) по поверхности подстилающего оползень слоя грунта с более лучшими прочностными и жесткостными характеристиками, можно опре-делить как форму "обрушение со срезом и вра-щением" [1], стр. 195-202. Основным методом расчета в таких случаях является метод "кругло-цилиндрических поверхностей скольжения" [1], стр. 205-226, при котором считается, что ополз-невой массив находится под воздействием двух моментов - вращающего (Мвр) и удерживающего (Муд). Коэффициент устойчивости откоса опре-деляется как k зап=Муд/Мвр.
На практике откос считается устойчивым, если по любой из предполагаемых поверхностей скольжения (см. фиг.2, поверхность ожидаемого сдвига 7) будет k зап = 1,25-1,5 и выше. Если же по какой-нибудь поверхности или семейству по-верхностей (см. фиг.4, область между линиями 8 и 9) значение k зап будет меньше указанных выше величин, то требуется искусственное повышение устойчивости откоса, например, устройством противооползневых сооружений.
Одним из методов возведения противоополз-невых сооружений являются устройство свай или вертикальных стен в толще оползня. Ниже все пояснения даны на примере свай, но они будут относиться и к вертикальным стенам.
Для обеспечения совместной работы свай с грунтом и предлагается это изобретение, суть которого - расположить сваи в пределах ополз-невого откоса так, чтобы они создавали некий "ряд сводов", способных передать давление из верхней части откоса "по цепочке" в нижнюю его часть, вовлекая в работу как сваи, расположен-ные по одной кривой линии, так и межсвайный грунт (фиг.1). Более эффективно, если "ряд сво-дов" будет наложен друг на друга со смещением (фиг.3). Подобный эффект используется при ар-мировании просадочных грунтов [5].
Отметим, что устройство свай эффективно лишь в пределах части оползня, где величина коэффициента устойчивости меньше, чем k зап = 1,25-1,5, т. е. в пределах двух поверхностей, ограничивающих область с недостаточным ко-эффициентом устойчивости (см. фиг.4, область между линиями 8 и 9). Сваи, устраиваемые выше этой области (в части А1) просто не работают, хотя и будут находиться в пределах толщи оползня (А). Достаточна лишь заделка оголовков свай и их острия на некоторую величину (на ве-личину 0,5-2 поперечного размера сваи) в преде-лы, обозначенные соответственно А1 и Б.
Предлагаемое противооползневое сооруже-ние наименее эффективно будет работать в слу-чае устройства свай из высокопрочных и жест-ких (по сравнению с грунтом) материалов, таких как бетон и железобетон, из-за резкого скачка напряжения на границе "свая-грунт". Поэтому предлагаются более эффективные материалы (с намного меньшим скачком напряжений) в виде смесей из жестких и мягких грунтовых материа-лов, а также вяжущих.
Смесь может включать:
- крупнодисперсный, например, щебень, гра-вий и т. п., и мелкодисперсный, например, песок, жесткие грунтовые материалы, в котором массо-вая доля крупнодисперсного жесткого грунтово-го материала составляет 40-70%, а размер ча-стиц не превышает 30 мм, остальное мелкодис-персный жесткий грунтовый материал. Опти-мальное соотношение крупнодисперсного и мел-кодисперсного жестких грунтовых материалов в такой смеси составляет примерно 1:1. Такая смесь имеет сравнительно высокие значения плотности (1,9-2,1 г/см3) и угла внутреннего тре-ния (до 50°);
-дополнительно вяжущую добавку (при необхо-димости увеличения прочности смеси), напри-мер, известь, причем массовая доля вяжущей до-бавки составляет 4-12% от массы мелкодисперс-ного жесткого грунтового материала, оптималь-но 8-10%. Повышение прочности от увеличения доли вяжущего выше 12% несущественно, по-этому неэкономично,
- дополнительно тонкодисперсную добавку (при необходимости снижения водопроницаемо-сти смеси), например, местный глинистый грунт, причем массовая доля тонкодисперсной добавки составляет 20-35% от массы мелкодисперсного жесткого грунтового материала. При этом ко-нечно происходит некоторое снижение прочно-сти смеси, что неизбежно, но оно будет заметным и нежелательным при увеличении доли тонко-дисперсной добавки выше 35%;
- дополнительно как тонкодисперсную до-бавку, так и вяжущую добавку (при необходимо-сти увеличения прочности и снижения водопро-ницаемости смеси), причем массовая доля вяжу-щей добавки составляет 4-12% от общей массы


мелкодисперсного жесткого грунтового материа-
ла и тонкодисперсной добавки. Как вариант - известково- грунтовую смесь, массовая доля ко-торой составляет 20-35 % от массы мелкодис-персного жесткого грунтового материала, при-чем массовое соотношение извести к глинистому грунту составляет от 1:25 до 1:8.
Опытным путем установлено, что при выхо-де параметров составных частей смесей за ука-занные пределы наблюдается резкое снижение эффективности применения таких смесей.
Прочностные характеристики предлагаемых смесей находятся в пределах 0,5-6 МПа, что су-щественно выше аналогичных характеристик грунтов (0,1-0,3 МПа), но значительно меньше характеристик бетона или железобетона (10-40 МПа).
При использовании в качестве элементов противооползневого сооружения вертикальных стен, необходимо, чтобы они были короткими по длине - от 2 до 6 толщин стены. При выходе за пределы этих величин идея, заложенная в основу изобретения, не реализуется.

1. RU 2074288 C1, 27.02.1997
2. SU 990972 A, 23.01.1983
3. SU 1823898 A3, 23.06.1993
4. SU 996620 A, 15.02.1983