Невыветрившиеся и прочные горные породы всегда считаются идеальным основанием для фундаментов зданий. Но в случае неблагоприятного состояния горных пород в любом месте, если нагрузки, передаваемые колоннами, не достигают нижележащих слоев, могут возникнуть серьезные структурные нарушения.
Чтобы этого не произошло, важно понять природу породы, чтобы выбрать фундамент, подходящий для данной местности. Если удовлетворительная прочность породы на сжатие доступна на меньшей глубине, то подойдет мелкозаглубленный фундамент, в противном случае инженерам придется искать достаточную глубину, чтобы обеспечить требуемое значение безопасной несущей способности.
На меньшей глубине, где порода обнажена, инженеры могут оценить качество породы, тогда как в случае глубокого фундамента оценить качество породы не представляется возможным. Например, при строительстве фундамента плотины, мостов на скалах.
Основными проблемами, с которыми приходится сталкиваться инженеру при проектировании сооружений, являются:
1. Тяжелые нагрузки от колонн передаются на фундамент, расположенный на слабой породе.
2. Давление просачивания при строительстве плотин и мостов на непрочной породе.
3. Опоры моста передают большие нагрузки на фундамент, построенный на стенах каньона.
Чтобы предотвратить возникновение вышеупомянутых проблем, необходимо оценить характеристики пород и проверить их на устойчивость, чтобы преодолеть как деформацию, так и разрыв поверхности пород. Некоторые виды обработки, используемые для улучшения свойств горной массы, обсуждаются ниже.
Меры по улучшению качества горных пород
1. Если мягкая, выветренная и сильно трещиноватая порода присутствует на определенной глубине, то целесообразно выкопать эту часть для улучшения качества породы.
2. Если под плотиной находится высокопроницаемая и трещиноватая порода, рекомендуется выкопать эту часть для уменьшения влияния давления просачивания.
3. Для улучшения качества породы рекомендуется использовать операции по цементации для повышения прочности горной массы, что, соответственно, повысит несущую способность основания плотин, туннелей и т.д. Операция цементации также уменьшит проницаемость горной массы, тем самым снижая вероятность возникновения давления при подъеме.
4. Скальные болты и анкеры очень эффективны в снижении давления поднятия, поэтому их следует использовать для повышения устойчивости к поднятию основания бетонных плотин.
5. Для обеспечения устойчивости откосов открытые рыхлые породы можно обработать торкрет-бетоном и гунитом. Торкретбетон или гунит выполняют роль армирующего материала и повышают прочность скального массива.
6. Для снятия давления, создаваемого поровой водой, необходимо предусмотреть дренажи. Такие дренажи могут включать галереи, насосные системы, глубокие гравитационные скважины и т.д. Таким образом, снижая давление поровой воды, уменьшается вероятность возникновения просадочного напора.
Как уменьшить давление поднятия aи контроля просачивания
Как правило, бедные, выветренные породы могут присутствовать либо на мелком, либо на глубоком уровне. Поэтому, в зависимости от местоположения этих пород, ниже рассматриваются некоторые способы их обработки.
Если некачественная порода присутствует на мелком уровне, то часть некачественной породы может быть удалена, и на этом месте должна быть построена отсечная стена.
В глубоких фундаментах, если некачественная порода примыкает к фундаменту, то можно предусмотреть цементные завесы. Такие цементные завесы должны быть соединены с цементными одеялами. Комбинация цементных завес и цементных одеял помогает снизить давление напора просачивания.
Кроме того, цементные завесы должны быть снабжены дренажными клапанами для сброса давления поровой воды. Такой механизм очень полезен при строительстве плотин, особенно земляных, где ядро плотины пористое.
Применение цементной завесы в строительстве плотин.
Армирование
Для улучшения качества и стабильности породы может быть предусмотрено армирование пород в виде каменных болтов, кабельных анкеров, торкрет-бетона и уплотняющей цементации.
1. Скальные болты и кабельные анкеры
Прочность горной массы может быть увеличена с помощью скальных болтов и кабельных анкеров. Они обычно используются для повышения устойчивости склона, обеспечения сопротивления подъему в фундаменте бетонной плотины и уменьшения сдавливания пород по периметру тоннеля. Скальные болты и кабельные анкеры также могут быть использованы для поддержки открытых выработок из-за плохой устойчивости грунта.
Скальные болты используются вместо операций по цементации в местах, где цементация может вызвать смещение трещиноватой породы.
Механизм, с помощью которого болты действуют как эффективный сжимающий элемент, определяется методом установки. Наиболее эффективным способом установки болтов является установка их перпендикулярно швам, так что разрывы в швах легко захватываются.
Применение скальных болтов в строительстве тоннелей.
2. Уплотнительная цементация
Если колонны передают большую нагрузку на фундамент, то качество породы можно улучшить с помощью уплотнительной цементации. Расстояние между уплотнениями обычно составляет от 2 до 10 м, а глубина может быть от 5 до 25 м в зависимости от качества породы. За процессом уплотнения всегда должна следовать цементация.
Для стыков пород, которые заполнены глинистым материалом, трудно применить этот метод из-за вторичного сжатия вокруг глинистого слоя, поэтому этот метод в основном используется для бедных пород с открытыми стыками.
Уплотняющая цементация под фундаментом существующей структуры.
3. Дробеструйный бетон
Дробеструйный бетон может быть использован в качестве альтернативы каменным болтам. В слабой породе швы сильно трещиноваты, и поэтому трещины распространяются вдоль основной линии разрыва. Применяя торкретирование, можно заполнить все швы в трещиноватой породе для улучшения общего качества породы.
Торкретбетон состоит из раствора влажной смеси и мелких и средних заполнителей. Дробеструйный бетон наносится на поверхность породы с помощью воздушных струй. Он использует силу воздушных струй и уплотняет поверхность породы, выступая в качестве армирующего материала.
Применение торкрет-бетона в укреплении склонов.
Часто задаваемые вопросы
Какие породы в основном разрушаются под воздействием движущейся воды?
Известняк, гипс, кальцит, дайки метаморфических пород и даже песчаник, если он сцементирован гипсом. Эти породы хорошо растворяются в воде, поэтому строительство фундамента под такими породами вызывает беспокойство у инженеров.
Как предотвратить разрушение растворимых пород?
При контакте уровня грунтовых вод с растворимыми породами начинается процесс выветривания, в результате чего материал с внешней поверхности вымывается, и со временем в растворимых породах может образоваться полость. Чтобы предотвратить этот процесс, необходимо использовать цементные завесы. Растворные завесы останавливают поток воды к растворимым породам и тем самым снижают риск выветривания.
Читайте далее:- Мосульская плотина в Ираке: Самая опасная плотина в мире.
- 21 тип плотин в строительстве.
- Разрушение плотины в Остине: Одна из крупнейших катастроф в истории США.
- Дробеструйный бетон или торкретбетон или гунит – свойства, материалы, применение.
- Топ-5 крупнейших провалов плотин в мире.
- Мост Ченаб: Строительство самого высокого в мире железнодорожного моста.
- Что такое армирование горных пород?.