Admin

Испытания армогрунтовых конструкций

B.C. БЕЛЯЕВ, генеральный директор НПФ «Строй-Динамика»

Армогрунтовые подпорные стены находят все большее применение в транспортном и гражданском строительстве. Использование георешеток в насыпи за облицовкой позволяет существенно повысить устойчивость конструкции за счет консолидации грунтовой среды. Облицовка может быть выполнена в виде традиционной сплошной стены или из отдельных бетонных блоков. Второй вариант имеет ряд преимуществ, связанных с упрощением технологии и сокращением сроков строительства.

В районах с повышенной сейсмичностью (например, г. Сочи) требуется оценка работоспособности подобных сооружений при воздействии землетрясения. Выполнение такой оценки с учетом сложной композитной структуры конструкций и нестационарности сейсмического нагружения сопряжено с серьезными трудностями.

В 2009 г. специалисты филиала ОАО «26 ЦНИИ», научно-проектных фирм «Атом-Динамик» и «Строй-Динамика» провели полномасштабные сейсмические испытания армогрунтовых подпорных стен с облицовкой из отдельных бетонных блоков. Испытания проводили на сейсмоплатформе СГД-75 в грунтовом лотке размером 9,5x2,6x4,0 м. Она расположена на открытой испытательной площадке под г. Выборг Ленинградской области и предназначена для экспериментальной проверки сейсмостойкости крупногабаритных строительных сооружений, технических изделий и оборудования, размещаемых в грунте или контактирующих с ним.

Первый объект испытаний — фрагмент натурной армогрунтовой подпорной стены «Тенсар Уол» высотой 3,5 м. Облицовка шириной

2,6 м выполнена из 23 рядов вибропрессованных бетонных блоков 400x150x220 мм. Блоки имеют пазогребневое соединение и укладываются «на сухую», т.е. без применения вяжущего. Угол наклона облицовки 86*. С ее тыльной стороны лоток заполнен песком, армированным одноосными георешетками «Тенсар», закрепленными между блоками при помощи специальных коннекторов, обеспечивающих необходимую прочность соединения между армогрунтом и облицовкой. Длина всех георешеток 3,0 м (0,86 высоты). Нижняя установлена на уровне первого стыка рядов блоков, следующие семь слоев георешеток расположены с зазором примерно 0,45 м через три ряда блоков каждый. Пространство между армированным грунтом и тыльной стороной лотка сейсмоплатформы заполнено насыпным грунтом.

Второй объект — фрагмент натурной армогрунтовой подпорной стены системы «Макволл» с фасадной поверхностью 4,0x2,6 м. Облицовка выполнена из 19 рядов блоков (457x306x203 мм), нижний из которых установлен на подготовительный слой щебня с измельченным бетоном толщиной 0,30 м. Блоки фиксируют с помощью стержней из стекловолокна, вставленных в отверстия блоков (12,7x133 мм, прочность на изгиб — не менее 885 МПа). Угол наклона облицовки также 86". С тыльной стороны к облицовке примыкает слой уплотненного щебня (фракции 20—40 мм) шириной 0,30 м, а затем уплотненный песчаный грунт обратной засыпки шириной 3,7 м. Грунт армируют, используя горизонтальные двухосные георешетки из геосинтетического материала типа «Макрид», край которых надет на стержни из стекловолокна. Нижняя георешетка установлена на уровне первого стыка рядов блоков, следующие восемь расположены с зазором примерно 0,4 м через каждые два ряда блоков. Длина всех георешеток 4,0 м соответствует протяженности уплотненного грунта обратной засыпки. Пустоты в блоках, как и в первом случае, заполнены мелким щебнем.

Технология монтажа объектов испытаний на сейсмоплатформе полностью соответствовала принятой в практике строительства. Масса грунтовой среды, удерживаемой подпорной стеной, в обоих случаях была близка по значению и составляла 110—120 т.

Следует отметить, что испытываемые фрагменты относятся к одному типу армогрунтовых подпорных стен с блочным строением облицовки, но имеют заметные конструктивные отличия.

В ходе испытаний осуществлялось многокомпонентное движение сейсмоплатформы с параметрами, соответствующими условиям расположения объекта на поверхности грунта в сейсмоопасном регионе. Технология имитации сейсмического нагружения основана на использовании пневматических приводов и вибромашины. В качестве критериев адекватности воспроизведения сейсмического воздействия приняли соответствие заданным амплитудных значений параметров движения сейсмоплатформы, а также полноту огибания расчетных спектров реакции.

При испытаниях измеряли и фиксировали перемещение блоков каждого ряда облицовки относительно реперной панели, установленной перед фасадной поверхностью облицовки, давление грунта на стенки грунтового лотка и облицовки, ускорения и перемещения сейсмоплатформы, стенок грунтового лотка и верхнего ряда блоков облицовки. Остаточные смещения точек дневной поверхности грунта в лотке фиксировали после опыта с помощью координатного отсчета и фотосъемки.

В экспериментах с армогрунтовой подпорной стеной «Тенсар Уол» основным режимом испытательного нагружения было движение сейсмоплатформы, соответствующее сейсмическим колебаниям окружающего плотного грунта, прогнозируемым для района строительства в г. Сочи. Это расчетное сейсмическое воздействие задано в виде синтезированных акселерограмм с пиковым значением горизонтального (0,27 д) и вертикального (0,18 д) ускорения, а также региональным спектром реакции. Результаты испытаний в основном режиме показали, что параметры реализованного движения сейсмоплатформы приближались к заданным критериям. Конструкции подпорной стены не получили повреждений, и дальнейшие эксперименты проводили при расширении диапазона нагружения, увеличив амплитуды ускорений и смещений сейсмоплатформы и длительность ее колебаний до 20-—30 с. Зарегистрированные датчиками максимальные ускорения и смещения сейсмоплатформы в последующих пяти опытах представлены в табл. 1.

Согласно данным предварительных расчетов основная опасность для устойчивости армогрунтовой подпорной стены с блочной облицовкой обусловлена не столько большими значениями пикового ускорения подстилающей грунтовой среды при распространении сейсмических волн землетрясения, сколько наличием их комбинации с большими перемещениями в области опирания стены. В приведенной таблице отмечается существенное (в 2,5—4 раза) возрастание амплитуды смещений сейсмоплатформы. Одновременно видоизменялся и испытательный спектр реакции: от близкого огибания заданного регионального спектра реакции в опыте N2 1 (который рассматривается в качестве предварительного) до практически полного перекрытия стандартного широкополосного спектра реакции для землетрясения интенсивностью 9 баллов по шкале MSK-64 со значительным (до 3—4 раз) запасом по отношению к региональному спектру.

Испытания подтвердили сейсмостойкость подпорной стены «Тенсар Уол». Устойчивость облицовки полностью сохранялась на всех этапах нагружения.


Состояние фронтальной поверхности облицовки после завершения экспериментов удовлетворяет проектным требованиям. Положение верхнего рядя блоков облицовки не претерпело существенных изменений. В армогрунтовой среде насыпи заметные подвижки на свободной поверхности появились после наиболее интенсивного нагружения. Поверхностные разрывы концентрировались в области контакта грунта с блоками. Зазор между верхним рядом блоков и грунтом насыпи не превысил 5 мм. Отмечалось появление незначительных трещин на поверхности насыпи на границе областей армированного и неармированного грунтов. Подобные отслоения произошли у тыльной стенки лотка сейсмоплатформы. В целом все отмеченные деформации конструкций армогрунтовой подпорной стены можно оценить как незначительные и не влияющие на ее устойчивость и сохранность.

Экспериментальные профили деформации облицовки, полученные на основании записей датчиков смещений блоков, представлены на рис. 1.

Во время первых четырех опытов относительные смещения блоков не превышали 1—2 мм, и лишь е опытах №№ 5—6 они увеличились до 5,6 мм в верхних рядах блоков облицовки.

Осмотр конструкций армированной грунтовой стены после демонтажа подтвердил полную сохранность блоков, георешеток и коннекторов, которые подвергались действию многократной нагрузки, адекватной воздействию высокоинтенсивного землетрясения.

При испытаниях армогрунтовой подпорной стены системы «Макволл» во всех пяти опытах воспроизводилось сейсмическое воздействие землетрясений с широкополосным спектром реакции. Максимальные значения параметров движения сейсмоплатформы в опытах №№ 7—11 представлены в табл. 2.

Движение сейсмоплатформы в опыте № 7 по амплитудным и частотным характеристикам соответствовало условиям нагружения конструкции подпорной стены при землетрясении интенсивностью 7 баллов по шкале MSK-64. С учетом зафиксированной сохранности объекта в опытах №№ 8—11 реализовано постепенное возрастание уровня испытательного нагружения фрагмента подпорной стены системы «Макволл». На основании анализа осциллограмм и данных табл. 2 условия нагружения в опыте № 8 оцениваются как близкие к сейсмическому воздействию землетрясения 8 баллов. В то же время следует отметить существенное занижение опытного спектра горизонтальных ускорений по сравнению с нормативными, особенно в области частот 7,0—20,0 Гц. Повышение уровня нагружения в опыте № 9 позволило устранить расхождение, и условия испытаний в данном случае практически полностью соответствовали воздействию восьмибалльного землетрясения и по максимальным значениям параметров движения сейсмоплатформы, и по огибанию нормативного спектра. В опыте № 10 повышение параметров движения сейсмоплатформы приблизило испытательное нагружение к требуемому для имитации действия девятибалльного землетрясения. На следующем этапе (опыт № 11) расхождение параметров расчетного девятибалльного и экспериментального воздействия заметно уменьшилось, особенно по наиболее опасной для устойчивости подпорной стены горизонтальной составляющей воспроизводимых сейсмических колебаний основания фрагмента.

В целом условия проведения опыта № 11 могут оцениваться как близкие к экстремальным для территории Российской Федерации, поскольку зафиксированные пиковые значения горизонтального ускорения, скорости и смещения сейсмоплатформы составляли соответственно 0,6 д, 0,785 м/с, 0,22 м при длительности воздействия более 25 с.

Испытания подтвердили сейсмостойкость конструкции армогрунтовой подпорной стены системы «Макволл» в условиях многократного динамического нагружения, адекватных сейсмическому воздействию землетрясений интенсивностью до 9 баллов включительно. Устойчивость облицовки подпорной стены полностью сохранилась. Обследование блоков подтвердило их удовлетворительную сохранность как в основании, так и в верхней части облицовки. Относительные подвижки блоков в опытах не привели к заметному изменению угла наклона облицовки, можно отметить лишь появление незначительного поворота боковых укороченных блоков. Грунтовая насыпь практически полностью сохранила сплошность, исключение составили уплотнение гравия во внутренней полости бетонных блоков и поверхностные трещины шириной 2—3 мм на контакте между блоками и слоем гравия.

На рис. 2 показано, что при динамическом нагружении фрагмента подпорной стены системы «Макволл», адекватном сейсмическому воздействию землетрясений 7—8 баллов, относительные смещения блоков не превышали 2,0 мм.

Для условий нагружения, соответствующих воздействию девятибалльного землетрясения, амплитуды относительных смещений заметно увеличились и составили в верхних рядах обрамления 11—12 мм. Необходимо отметить, что даже в этом случае амплитуда смещения блоков существенно меньше допустимого значения, что не представляет опасности для устойчивости конструкции облицовки. В целом полученные экспериментальные данные свидетельствуют о сравнительно небольших различиях в испытанных вариантах армогрунтовых подпорных стен с блочной облицовкой.

Определяющее значение для обеспечения сейсмичности подобных сооружений при воздействии высокоинтенсивных землетрясений имеют выявленные в опытах эффекты консолидации системы «армированный уплотненный грунт—георешетки—блочная облицовка» и, как следствие, отсутствие существенных внутренних относительных деформаций при сейсмических колебаниях.

Для анализа сейсмической реакции армогрунтовых подпорных стен и обоснования рационального выбора технических решений, обеспечивающих консолидацию их структуры, специалисты филиала ОАО «26 ЦН ИИ», НПФ «Атом-Динамик» и «Строй-Динамика» разработали конечноэлементную модель расчета на базе комплексов ANSIS и «Зенит-95», учитывающую результаты полномасштабных испытаний на сейсмоплатформе.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Путь и путевое хозяйство".

Перенес: Admin

meaplast

К сожалению не нашел куда перенесена тема обсуждения

бабулер41

это статья из журнала ПиПХ, никакого обсуждения не было