Оползни вызывают разрушения и аварии жилых и производственных зданий, объектов инфраструктуры, что приводит к экономическому ущербу и что еще хуже – гибели людей. Для повышения устойчивости насыпей широко применяется армирование строительными геосинтетическими материалами, например, геоячейками, георешеткой и геотекстилем. Однако в некоторых случаях, например, при сильных динамических нагрузках или сезоннопромерзающих грунтах, они не обеспечивают нужную устойчивость склона. Ученые Пермского Политеха выяснили, стоит ли заменять геосинтетик альтернативой – бетонными монолитными плитами.
Исследование опубликовано в журнале «Геотехника Беларуси: наука и практика». Материалы международной конференции, 2023 (с.89-94). Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Анализ устойчивости насыпей – важная задача гражданского и промышленного строительства. Это особенно актуально в местах, где большое количество зданий и сооружений располагается вдоль оврагов, склонов долин рек, откосов транспортных магистралей. Именно в таких местах чаще всего сходят оползни, а сток поверхностных вод не всегда бывает организован.
Чтобы сократить количество чрезвычайных ситуаций, строители укрепляют склоны подпорными стенами с использованием геосинтетических материалов. Геосинтетик – это материал, в составе которого есть синтетические полимеры (полиэтилен, полиамид, полиэстер и др.), он в совокупности с грунтом равномерно перераспределяет нагрузку склона и увеличивает его прочность и устойчивость. Применение геосинтетика экономически выгодно, потому что не требует больших трудозатрат, связанных с бетонными и земляными работами.
Однако, в некоторых случаях (значительные статические и динамические нагрузки, вспучивание грунта при отрицательных температурах, вызванное возрастающим присутствием льда, при сезоннопромерзающих грунтах и др.) применение геосинтетических материалов не всегда может обеспечить устойчивость склонов. Ученые ПНИПУ предлагают в этом случае в качестве альтернативы использовать для высоких грунтовых насыпей тонкие бетонные монолитные плиты.
Их преимущество состоит в том, что они изготавливаются прямо на месте и имеют сквозные вертикальные отверстия в виде усеченных к низу конусов. Эти конусы обеспечивают фильтрацию поверхностных и грунтовых вод через грунтовый массив откосов, а также дают более прочное сцепление плит с землей. Такие плиты размещают горизонтально внутри насыпи с помощью строительных механизмов. Однако этот способ не так популярен, как применение геосинтетических материалов, поскольку требуют использования дополнительной строительной техники.
Чтобы определить эффективность монолитных плит, ученые Пермского Политеха изучили устойчивость трех насыпей высотой 20 метров и углом наклона откоса 45°. В первом случае проанализировали насыпь без армирования, во втором – укрепленную одной плитой, а в третьем – двумя. Расчеты выполнялись с помощью специальной компьютерной программы. Политехники провели анализ возможных линий скольжения насыпей и сравнили полученные результаты.
– Оказалось, что коэффициент устойчивости после армирования насыпи одной плитой вырос почти на 21% по сравнению с неукрепленной. А при использовании двух монолитных плит показатель достигает 25%, 16% и 19% в зависимости от расстояния между плитами по вертикали. Чем больше это расстояние, тем меньше увеличение коэффициента устойчивости по сравнению с неукрепленной насыпью, – объясняет профессор кафедры строительного производства и геотехники ПНИПУ Андрей Пономарев.
В результате исследований политехники доказали, что тонкие бетонные монолитные плиты могут быть использованы в качестве альтернативы геосинтетическим материалам. Такой способ армирования значительно повышает устойчивость и позволяет увеличить при необходимости либо высоту насыпи в сложных грунтовых условиях при перепадах рельефа местности, либо полезную нагрузку, для безопасного расположения на них более нагруженных сооружений (мосты, здания и др.).
Исследования ученых Пермского Политеха позволят обеспечить безопасность городских пространств и отдельных сооружений, расположенных близко от склоновых и аварийных участков, а также помогут в профилактике грунтовых оползней.
