ООО "Сваевдавливающие установки" - разработка котлованов, земляные работы, Сваевдавливающие установки - устройство грунтовых анкеров, Устройство свайных фундаментов из сборных железо-бетонных свай с сваевдавливающей технологии, нагельное крепление котлована
Главная » 

Устройство нагельного крепления откосов котлованов


Устройство нагельного крепления откосов котлованов

Нагелирование грунтов природного сложения основано на том же принципе, что и армирование насыпного грунта. Этот принцип предполагает создание композитного материала, который обладает бόльшей прочностью, чем исходные материалы (грунт и арматура) в отдельности. Этот принцип был официально зарегистрирован в 1964 г., когда французский геотехник Анри Видаль получил патент на армированный грунт («terre armée»), включающий способ послойного возведения насыпных сооружений с прокладкой растяжимой гибкой арматуры между слоями.

Нагелирование грунтов в отличие от армирования грунтов по Видалю – это геотехническая  технология, используемая для укрепления существующих  откосов/склонов/стен или будущих откосов/стен, образующихся за счет выемки грунта, например при устройстве котлованов. Нагелирование включает внедрение в грунтовый массив прочных линейных элементов (нагелей), работающих на растяжение, и устройство наружной облицовки, соединяемой с нагелями. Нагелирование применяется для временного и/или постоянного укрепления откосов котлованов и выемок на стройплощадках или вдоль транспортных магистралей. Это общепринятая мировая практика и весьма конкурентноспособная альтернатива традиционным подпорным стенам, в том числе с анкерным креплением.

Устройство нагельного крепления откосов котлованов

В отличие от армирования насыпей по Видалю, которое выполняется снизу вверх, нагелирование всегда выполняется сверху вниз (top down) и включает следующие этапы работ: выемка грунта до глубины, при которой откосы/стены временно устойчивы; установка нагелей; устройство облицовки из торкретбетона. Эти цикл повторяются последовательно по мере заглубления выемки.

Имеются сведения, что немецкая строительная компания «Karl Bauer Schrobenhausen» применяла грунтовые нагели в 1958 г. Гораздо больше известна первая нагелированная стена высотой 18 м с крутизной откоса 8:3, которая  появилась в 1972 г. во Франции (Версаль - «Французские Национальные Железные Дороги»), где нагели выполнялись цементацией в предварительно пробуренные шпуры и располагались с небольшим шагом. В 1974 г. при разработке котлована на строительстве метро в Париже были использованы забивные нагели из труб диаметром от 40 до 49 мм. Позднее вместо труб стали использовать уголковые профили, которые было легче погружать.  В США  нагелирование стены было выполнено впервые в 1976 г., а в Германии -  в 1979 г. (постоянная стена высотой 14 м в г. Штутгарт).

Первые серьезные натурные исследования нагелированных грунтовых массивов (НГМ) проводились в Германии университетом в Карслруэ в 1975-81 гг. совместно с компанией Бауер (программа Bodenvernelung с бюджетом программы 2.3 млн. долларов США). Во Франции в 1986 г. была начата научно-исследовательская программа Clouterre с бюджетом 4 млн. долларов США, которая спонсировалась правительством и 21 частной организацией. Программа включала натурные испытания НГМ различных конфигураций и мониторинг 6 эксплуатируемых сооружений. Программа Clouterre завершилась разработкой нормативов, которые предполагается включить в Еврокод 7.

В 2000-х гг. грунтовые нагели стали широко применяться в Европе, особенно во Франции и Германии. Основные достоинства технологии нагелирования – это универсальность и легкое малогабаритное оборудование, удобное в условиях плотной городской застройки. Начиная с 1980-х гг. во Франции нагелируется более 100 000 м2 ежегодно, не считая малых объектов. Самая высокая нагелированная вертикальная стена во Франции имеет высоту 20 м, а наклонная стена (73о к вертикали) – 30 м. 

В Германии в первой половине 1990-х гг. было выполнено более 500 крупных проектов с использованием нагелированных стен, облицованных торкретбетоном.

Отметим, что возможно устройство нагелированных стен самых разнообразных пространственных форм и с различном наклоном в том числе с отрицательным.

В Великобритании нагели выстреливают в грунт из пневматической пушки (Soilnail Launcher), переоборудованной из военного артиллерийского орудия. Начальная скорость при выстреле 340 м/с. Сцепление с грунтом в несколько раз выше, чем при других методах погружения нагелей.

В Европе нагелирование используется для стабилизации неустойчивых естественных склонов, для укрепления старых неустойчивых подпорных стен и армогрунтовых стен с корродирующей арматурой, для временного укрепления стен котлованов вблизи фундаментов существующих зданий, для укрепления откосов выемок для автодорог, железных дорог, и порталов тоннелей. В основном используются буроинъекционные нагели с обсадкой и без нее. В Германии применяют нагели из стальной арматуры с уширенным наконечником, создающим при внедрении нагеля в грунт незаполненное грунтом затрубное кольцевое пространство вокруг стальной арматуры, с последующей цементацией этого пространства для защиты арматуры от коррозии.  Во Франции для погружения нагелей применяют ударно-канатный метод и специально разработанную  струйную технологию.

 
Устройство нагельного крепления откосов котлованов
Особенности поведения нагелированных грунтовых массивов (НГМ)Грунтовые нагели конструктивно во многом схожи с грунтовыми анкерами. В текущем проекте Еврокода  7 термин «нагель» отсутствует, а используется  термин «непреднапрягаемый анкер» - «non-prestressed anchor». Основное различие их работы состоит в том, что нагели - это пассивные армирующие элементы, которые  активизируются при деформировании окружающего грунта, а анкера – это активные элементы, которые за счет преднапряжения включаются в работу сразу после установки, т.е при нулевых деформациях грунта. Сначала преднапряженные грунтовые анкера  сдерживают эти деформации грунтового массива, но предварительное натяжение анкера со временем ослабевает за счет деформаций ползучести грунта, а это ведет к дополнительным деформациям грунтового массива, которые растут до тех пор, пока анкер не получит дополнительное натяжение.  Нагели работают иначе. Они активизируются лишь за счет деформаций окружающего грунта, их натяжение со временем возрастает, а деформации НГМ снижаются.

Эти различия в работе анкеров и нагелей подсказывает их совместное  применение, что и реализовано на целом ряде объектов за рубежом. 

 

Устройство нагельного крепления откосов котлованов
Типичная конструкция буроинъекционного нагеля показана на рис. Она включает арматуру (reinforcing element), состоящую из отдельных секций, соединенных муфтами (coupler), обсадной трубы (duct), расширителей (spacers), слоя твердеющего раствора в затрубье (grout annulus) между обсадкой и грунтом (ground), пластинчатой головки (head) и гайки (locking nut), закрепляющей головку на облицовке (facing).

                                                               

Разрез нагеля
 
Рис.  Разрез нагеля.
  Применение нагелирования

Нагелирование эффективно в том случае, если грунт имеет прочность, достаточную, чтобы вертикальный или почти вертикальный откос высотой 1-2 м был устойчивым по крайней мере в течение 1-2 дней и чтобы в течение нескольких часов была обеспечена устойчивость пробуренного шпура/скважины (для буроинъекционных нагелей). Поэтому применение нагелей целесообразно в следующих грунтах: выветрелые скальные грунты, связные грунты (пылеватые грунты и глины с низким показателем текучести), сцементированные пески и гравий, пески от мелко- до среднезернистых с капиллярным внутренним сцеплением от 3 до 5%, что обычно соответствует влажности не менее 5-6% (для песков необходимо учитывать возможность высыхание под действием солнечных лучей).

Применение нагелей особенно рекомендуется для укрепления неоднородных грунтовых массивов. При высачивании грунтовых вод на поверхности откоса,  а также в чистых  несцементированных крупнозернистых песках и гравии, не имеющих внутреннего капиллярного сцепления, и в мягкопластичных глинах применение нагелей без специальных дополнительных мероприятий не столь эффективно, т.к. в этих случаях нарушается совместная работа нагелей и грунта.

В настоящее время применяются различные виды нагелей. Причем преобладает точка зрения, что нагели, установленные горизонтально или с небольшим наклоном (т.е. близко к направлению максимальной деформации растяжения), работают только на растяжение, а вклад изгиба и поперечного сдвига в НДС нагелей незначителен. Но при значительных сдвигах грунта картина меняется - этот вклад увеличивается и может привести к разрушению нагелей, выполненных из хрупкого материала. Но, если материал нагеля эластичный (геосинтетика) или ковкий (незакаленная сталь), т.е. не характеризуется хрупким разрушением при больших деформациях, то влияние изгиба и поперечного сдвига на работу нагелей может оказаться несущественным, а предельное состояние таких нагелей определяется только прочностью на разрыв и выдергивание из грунта.  Если же нагелей располагают перпендикулярно к направлению предполагаемых максимальных деформаций сдвига, как это делают, например,  для стабилизации неглубоких оползней, то нагели при достаточной изгибной жесткости работают как дюбели и могут разрушаться от изгибе и/или среза. 

Буровые и буроинъекционные нагели обычно размещают равномерно с шагом 1-2 м. Нагели, погружаемые забивкой или вдавливанием, размещают равномерно с плотностью 1.5-2 нагеля на квадратный метр. По очевидным соображениям нагели целесообразно располагать в шахматном порядке.

Нагелирование стен эффективно при работе в стесненных условиях.

Важным вопросом является коррозионная защита нагелей. Наиболее строгие антикоррозионные требования приняты  в Германии, где используют двойную  антикоррозионную защиту  (цементный раствор в пластмассовом гофре). В Великобритании и Франции увеличивают диаметры нагелей на толщину предполагаемой коррозии в зависимости от грунта и срока службы.

Откосы/склоны, сложенные связными грунтами, часто нагелируются без устройства несущей облицовки, вместо которой используются геосинтетические сетки, решетки и засеивание семенами растений для защиты от поверхностного слоя грунта от эрозии.

Технология нагелирования стен котлованов и откосов Бурение шпуровШнековое бурение

В связных грунтах бурение шпуров осуществляется шнеком без обсадки. Преимуществом шнекового бурения является то, что грунт удаляется непрерывно без применения бурового раствора.

Преимуществом шнекового бурения
Ударно-забивное бурение с внешним ударником

      В гравелистых и песчаных грунтах от малой до средней плотности или в связных грунтах этот вид бурения наиболее эффективен и экономичен. Грунт не удаляется, а уплотняется. Удары сопровождаются вращением, для ускорения бурения в шпуры добавляют буровой раствор. В большинстве случаев используется теряемое буровое долото.

     

Ударно-забивное бурение с внешним ударником
      Ударно-забивное бурение с внутренним ударником

 Этот вид бурения применяют в скальных грунтах. Ударник приводится в действие пнематической системой, которая одновременно удаляет выработанный материал. Уровень шума при работе системы небольшой, т.к. ударник работает в грунте.

 

Ударно-забивное бурение с внутренним ударником
 

Бурение с пригрузкой

      Этот вид бурения пригоден для любого грунта, особенно при неоднородной слоистости и в присутствии грунтовой воды. Пригрузка обеспечивается наличием двух буровых труб: внутренней, которая также используется для подачи бурового раствора к буровому инструменту, и внешней. Обе трубы вращаются в одном направлении. Удаление раствора производится через межтрубное пространство. Для эвакуации выбуренного грунта используется сжатый воздух, цементный или бентонитовый раствор.

Бурение с пригрузкой
 Бурение с противовращением         

Этот способ, близкий к способу бурения с пригрузкой, включает две бурильные трубы внутреннюю и внешнюю с буровыми наконечниками, которые вращаются в разном направлении. Для внутренней трубы возможно ударно-вращательное действие. Это один из наиболее эффективных методов, которые можно применить в различных условиях. Основное его достоинство – способность точно выдерживать направление бурения.

Бурение с противовращением

 Назад   Вверх   Для печати   В избранное  Отправить

Главная » 

Устройство нагельного крепления откосов котлованов

Яндекс.Метрика