WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Установлено, что достаточно трудной задачей является прогнозирование геометрических размеров поперечного сечения ствола сваи, устраиваемой электроимпульсным способом. Решение этой задачи сводится к оценке напряженно-деформированного состояния системы буроинъекционная свая – маловлажный грунт основания. В настоящее время размеры уширения ствола сваи определяются по аналоги с размерами камуфлетной полости, образуемой при взрыве взрывчатого вещества, где механическая работа производится действием ударной волны. Размеры уширения ствола сваи являются функцией энергии разряда и не зависят от соотношения энергетических параметров разряда. Анализ экспериментальных данных показывает, что определяющим фактором уширения ствола сваи в маловлажных грунтах может быть давление от парогазовой полости, которое отличается от давления ударной волны по характеру действия на обрабатываемый объект. Обстоятельство, что размеры уширения ствола сваи являются только функцией энергии разряда сомнительно и требует экспериментальной проверки.

На основании проведенного литературного обзора были сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе представлена методика проведения экспериментальных исследований параметров электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай в маловлажных песчаных грунтах. Это энергетические параметры разряда (напряжение, разрядная емкость, межэлектродное расстояние) и параметры материала ствола сваи (состав бетонной смеси, добавки, соотношение воды и цемента, соотношение песка и цемента).

Опыты по определению минимального уровня напряжения, при котором происходит переход от теплового пробоя межэлектродного промежутка к лидерному, осуществлялись в лаборатории электроимпульсных технологий ФГНУ НИИ высоких напряжений (г. Томск). Использовалось стандартное оборудование, которое позволяет производить фотосъемку разряда при его формировании в жидкой среде (генератор импульсных токов, скоростной фоторегистратор, камера со встроенной электродной парой).

Исследования влияния энергетических параметров разряда на время действия давления в бетонной смеси, создаваемого на стенке ствола сваи, проводились на опытном стенде (рис. 1). Опытный стенд состоит из рабочей камеры 1 (150150200 мм), заполняемой бетонной смесью, со встроенными электродами 2. Корпус камеры крепится к станине 3. Возбуждение в камере электрических разрядов приводит к возникновению импульсной нагрузки (электрогидравлических ударов). Создаваемое при этом давление передается на тензометрический динамометр 5. Полученный сигнал с тензометрического динамометра передается на приемно-измерительную систему 9. В качестве источника разрядов использовался генератор импульсных токов 10. Расстояние от центра разряда до динамометра соответствовало расстоянию от разряда до стенки ствола сваи.

Рис. 1. Схема опытного стенда: 1 – рабочая камера; 2 – электроды; 3 – станина; 4 – жесткий штамп; 5 – тензометрический динамометр; 6 – текстолитовые пластины; 7 – металлические тяжи; 8 – резиновая диафрагма; 9 – приемно-измерительная система; 10 – генератор импульсных токов

Опытный стенд использовался и для оценки силового действия разряда при различном влагосодержании бетонной смеси. Опыты проводились с 6 – 10-ти кратной повторяемостью по программе, изложенной в диссертации.

Апробация энергетических параметров разряда для электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай в маловлажном песчаном грунте проводилась на сваях-моделях. Эти исследования выполнялись в экспериментальном модуле (рис. 2). Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. Рабочая камера 1 заполнялась маловлажным песчаным грунтом. После монтажа основных элементов

Рис. 2. Схема экспериментального модуля, предназначенного для моделирования процесса электроимпульсного способа устройства буроинъекционной сваи: 1 – рабочая камера; 2 – крышка; 3 – станина; 4 – ребра жесткости; 5 – центральное отверстие; 6 – разрядник; 7 – резиновая пластина; 8 – давление, передаваемое от компрессора; 9 – водяная подушка; 10 – манометр; 11 – ствол буроинъекционной сваи; 12 – электрический разряд; 13 – сформированное уширение

экспериментального модуля на грунт передавалось давление p = 100 кПа, что соответствовало устройству уширения нижнего конца сваи в натурных условиях на глубине 6 м. Затем формировался ствол буроинъекционной сваи 11.

Способ формирования ствола сваи включал следующие операции: устройство скважины диаметром 110 мм шнековым буром, который вводился в грунт через центральное отверстие 5 в крышке 2; установка в скважину разрядника 6, подсоединенного к источнику питания; подача в скважину бетонной смеси и его обработка электрическими разрядами 12. При этом, в состав бетонной смеси вводилось гелеобразующее вещество для ограничения влагопотерь бетонной смеси в процессе устройства сваи.

В исследованиях использовались маловлажные пески со следующими характеристиками: плотность = 1,65 – 1.68 гр/см3; плотность частиц грунта s = 2,65 – 2,66 гр/см3; коэффициент пористости e = 0,76 – 0,79; естественная влажность w = 9 – 11%; коэффициент водонасыщения Sr = 0,3 –0,35; угол внутреннего трения = 23 – 250; удельное сцепление с = 1 – 2 кПа; модуль деформации E = 15 – 18 МПа.

Разработанная методика исследований параметров электроимпульсного способа устройства свай при действии электрических разрядов в бетонной смеси, позволила решить поставленные задачи.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований влияния энергетических параметров (напряжения, разрядной емкости, межэлектродного расстояния) и параметров материала ствола сваи на электроимпульсный способ устройства свай.

Установлено, что при обеспечении лидерного пробоя межэлектродного промежутка (рис. 3) увеличение энергии разряда приводит к росту длительности действия импульсной нагрузки. Так, при энергии разряда W = 1,8 кДж, длительность действия импульсной нагрузки составляет 0,002 сек (рис. 4, а). Увеличение энергии до 4,5 кДж приводит к увеличению времени действия импульсной нагрузки до 0,006 сек. (рис. 4, б).

Показано, что при энергии разряда W = 4,5 кДж и энергетических параметрах – напряжения U = 30 кВ, разрядной емкости C = 10 мкф и

межэлектродного расстояния 35 – 40 мм, формируется существенное уширение ствола сваи. Диаметр уширенной части ствола сваи практически в два раза превышает ее первоначальный.

а б

Рис. 3. Формирование разряда: а – тепловым способом (U = 20 кВ);

б – лидерным способом (U = 30 кВ);

1 – электрод; 2 – газовый чехол; 3 – электрический разряд

Выявлено, что при устройстве буроинъекционных свай электроимпульсным способом в маловлажных песчаных грунтах происходит интенсивное обезвоживание материала ствола сваи путем фильтрации его жидкой составляющей в пористую грунтовую среду. В результате бетонная смесь теряет пластичность, что приводит к остановке процесса устройства сваи. Определяющим фактором обезвоживания материала ствола сваи является непосредственное силовое действие разряда. Установлено, что введение гелеобразующего вещества в состав бетонной смеси приводит к прекращению ее обезвоживания. Показано, что использование гелеобразующего вещества, позволяет обеспечить: устойчивый процесс устройства сваи, стабильность импульсной нагрузки и эффективную передачу ее силового действия окружающей среде. Все это позволяет формировать существенное уширение ствола сваи в маловлажных песчаных грунтах.

В проводимых исследованиях использовалось гелеобразующее вещество Walocel мкх 25000 рр 20 – продукт германской фирмы "Вольф Вальсроде" АО.

а

б

Рис. 4. Характерные осциллограммы давления p на стенке скважины диаметром 110 мм при энергии разряда W: а – при W = 1,8 кДж; б – при W = 4,5 кДж

В четвертой главе приведены методика и результаты исследований напряженно-деформированного состояния формируемой системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт при действии электрических разрядов в бетонной смеси. Исследования проводились в экспериментальном модуле (рис. 2). Давление в грунте измерялось тензометрическими датчиками М – 70, разработанными в ЦНИИСКе (автор Баранов Д.С.). Перемещения грунта вокруг ствола сваи измерялись металлическими марками специальной конструкции, приведенной в диссертации. Марки и тензометрические датчики устанавливались на стенке скважины, а также на различном удалении от нее.

Установлено, что развитие деформаций в системе в значительной степени определяется соотношением энергетических параметров разряда (напряжения U и разрядной емкости C). При одинаковой энергии разряда, но различном соотношении энергетических параметров, деформации грунта основания изменяются (рис. 5). Так, при U = 30 кВ, C = 10 мкф (W = 4,5 кДж) диаметр уширеной части ствола сваи составляет 190 – 210 мм, а при U = 47,5 кВ, C = 4 мкф (W = 4,5 кДж) – 130 – 145 мм.

Рис. 5. Зависимости диаметра сваи D от количества импульсов N:

1 – U = 30 кВ, C = 10 мкф (W = 4,5 кДж);

2 – U = 47,4 кВ, C = 4 мкф (W = 4,5 кДж);

U – напряжение; C – разрядная емкость; W – энергия разряда

Рис. 6. Распространение давления p в грунте основания на различном

расстоянии R от стенки скважины (от единичного разряда):

1 – U = 30 кВ, C = 10 мкф (W = 4,5 кДж);

2 – U = 47.4 кВ, C = 4 мкф (W = 4,5 кДж);

U – напряжение; C – разрядная емкость; W – энергия разряда

Выявлено, что изменение соотношения энергетических параметров (напряжения и разрядной емкости) приводит к изменению характера распространения давления в грунте (рис. 6). Установлено, что при режимах разряда, когда энергия разряда формируется за счет изменения напряжения при постоянной разрядной емкости, деформации грунта основания быстро затухают. Интенсивный характер развития деформации грунта носят в том случае, если рост энергии разряда происходит за счет увеличения разрядной емкости при заданном напряжении. При устройстве уширения ствола сваи влияние разрядной емкости тем больше, чем выше энергия разряда.

В работе показано, что определяющим фактором формирования уширения ствола буроинъекционной сваи является время действия импульсной нагрузки, которое зависит от разрядной емкости. Увеличение времени действия импульсной нагрузки приводит к интенсивному распространению давления в грунте основания. При этом, зона деформируемого грунта вокруг сваи увеличивается. Например, на расстоянии R = 100 мм от стенки скважины, при U = 47,5 кВ, C = 4 мкф (W = 4,5 кДж) перемещения грунта составляют примерно 4 мм, а при U = 30 кВ, C = 10 мкф (W = 4,5 кДж) – 20 мм.

Таким образом, установлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния формируемой системы буроинъекционноя свая – маловлажный песчаный грунт в зависимости от энергетических параметров разряда.

Пятая глава посвящена практическому применению результатов исследований. В диссертации предложен подход к определению геометрических размеров поперечного сечения ствола буроинъекционной сваи. Если известно распределение давления в грунте, то можно оценить смещение стенки скважины. Распределение давления в грунте зависит от энергетических параметров разряда и может быть описано зависимостью вида:

, (5.1)

где p(x) – давление в грунте на расстоянии x от ствола сваи; p0 – давление на стенке ствола сваи; µ – коэффициент аппроксимации, учитывающий характер распространения давления в грунте; R0 – радиус ствола сваи.

Соотношение (5.1) получено на основе известной зависимости распространения давления в грунте при действии на него импульсной нагрузки (по данным Вовк А.А., 1984 г.).

Используя упругопластическую модель грунта, реализованную в программном пакете Рlaxis, при известном характере распределения давления в грунте, можно определить смещение u стенки скважины от единичного разряда. Дальнейшие деформации ствола сваи от последующих разрядов достаточно хорошо описываются логарифмической зависимостью:

, (5.2)

где d(n) – диаметр ствола сваи после действия разрядов, d0 – начальный диаметр сваи, u(1) – радиальное смещение стенки скважины от единичного разряда, n – число поданных разрядов.

Соотношение (5.2) является аппроксимацией экспериментальной зависимости смещения стенки скважины от количества разрядов, которая получена в диссертации. Сравнение расчетных и экспериментальных значений изменения диаметра сваи при ее обработке электрическими разрядами показывает удовлетворительное согласие.

Таким образом, формулы (5.1) и (5.2) дают возможность определять геометрические размеры поперечного сечения ствола сваи после ее обработки электрическими разрядами.

Экспериментально установлено, что при устройстве свай электроимпульсным способом, формируется уплотненная зона, которая как в качественном, так и в количественном отношении сопоставима с уплотненной зоной, образуемой при устройстве свай без выемки грунта. Для оценки несущей способности свай, устраиваемых электроимпульсным способом, рекомендуется использовать методику расчета несущей способности забивных свай по СНиП 2.02.03.-85 – Свайные фундаменты, с учетом требуемых параметров процесса устройства буроинъекционной сваи.

Требуемые параметры процесса устройства сваи:

  • Энергетические параметры разряда:

– напряжение U – 30 кВ,

– разрядная емкость C – не менее 10 мкф,

– энергия разряда W – 4,5 кДж.

  • Частота подачи импульсов – 2 Гц.
  • Количество импульсов – не менее 10 – 15 при длине сваи

до 15 м.

  • Межэлектродное расстояние – 35 … 40 мм.
  • Диаметр скважины Dc – 110 … 250 мм.
  • Смещение стенки скважины – (0,5 … 0,6) Dc.
  • Состав бетонной смеси:

– водоцементное отношение В/Ц – 0,8,

– П : Ц – 3 : 1, (П – песок, Ц – цемент),

– гелеобразующее вещество (метилгидроксиэтил

целлюлоза – "Walocel мкх 25000 рр 20") –

0,03 % от массы сухой смеси.

Рекомендуется следующая последовательность определения несущей способности свай, устраиваемых электроимпульсным способом:

1. Задается начальный диаметр ствола сваи Dc.

2. Разбивается предполагаемая зона уплотнения грунта вокруг сваи на элементарные слои hi = (0,1 – 0,2) Dc. В первом приближении принимается количество слоев hi = 10.

3. Задается давление p0 на стенке ствола сваи, которое, при диаметре ствола сваи 110 – 250 мм, составляет 1400 – 1800 кПа.

4. Определяется величина давления в каждом слое hi по формуле (5.1).

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»