WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Опытная площадка в г. Кемерово находилась на территории Кемеровского сельскохозяйственного института (Лениниский р-н). До глубины 5,5 – 6,0 м площадка сложена лессовидными, мягкопластичными – текучими (JL = 0,7 – 1,1) суглинками, далее до разведанной глубины (12,0 м) – полутвердыми суглинками (JL = 0,2). Уровень подземных вод на период проведения экспериментальных исследований (март – октябрь 2003 г.) находился на глубине 2,7 – 3,6 м. Основные физико-механические характеристики грунтов естественного сложения в зоне устройства инъекционных свай (0,0 – 5,0 м) составляли: грунт – суглинок мягкопластичный–текучий (JL = 0,7 – 1,1); плотность грунта = 1,7 – 1,75 г/см3; плотность сухого грунта = 1,25 – 1,3 г/см3; коэффициент пористости e = 0,9 – 1,15; естественная влажность W = 0,3 – 0,35 д.ед.; удельное сцепление С = 11,7 – 15,0 кПа; угол внутреннего трения = 13 – 15 град.; модуль общей деформации E = 1,1 – 2,9 МПа.

Опытная площадка в г. Томске находилась в центральной части города (Кировский р-н). До глубины 1,7 – 1,9 м площадка сложена насыпными грунтами, далее до глубины 3,2 – 3,4 м – супесью пластичной (JL = 0,4 – 0,75), и до разведанной глубины (12,0 м) – супесью текучей (JL = 1,0 – 2,0). Уровень подземных вод на период проведения экспериментальных исследований (апрель – май 2005 г.) зафиксирован на глубине 3,2 – 3,4 м. Опытная площадка находилась в подвальном помещении здания на глубине 2,7 – 2,9 м от поверхности. Основные физико-механические характеристики грунтов естественного сложения в зоне устройства инъекционных свай (0,0 – 1,5 м) составляли: грунт – супесь текучая (JL = 1,0 – 2,0); плотность грунта = 2,0 г/см3; плотность сухого грунта = 1,65 г/см3; коэффициент пористости e = 0,62; естественная влажность W = 0,23 д.ед.; удельное сцепление С = 6,0 кПа; угол внутреннего трения = 22 град.; модуль общей деформации E = 4,5 МПа.

Для устройства инъекционных свай применялись инъектора (рис. 1, а) из металлических прокатных труб диаметром 108 мм (серия 1, 3) и 57 мм (серия 2). В инъекторах предусматривались перфорационные отверстия диаметром 20 мм в шахматном порядке с шагом 100 мм (серия 1, 2) и 50 мм (серия 3). В исследованиях использовались инъектора без уширений (рис. 1, б; серия 1, 2) и с уширением в их нижней части (а также на границе зоны перфорации). Уширения инъекторов изготавливались в виде дисков большего диаметра, с выступом за основание инъекторной трубы С = 0,18 D (рис. 1, в; серия 1, 2) и С = 0,37 D (рис. 1, г; серия 1 – 3).

В качестве инъекционного раствора использовалась мелкозернистая бетонная смесь с модулем крупности заполнителя Mk = 2,0 – 3,0, водо-цементным отношением В/Ц = 0,5 – 0,6, осадкой конуса 10 – 12 см. Для придания требуемой подвижности использовались пластифицирующие добавки (разжижитель С-3). Нагнетание бетонной смеси осуществлялось насосами СО – 49 и СО – 180 с постоянным расходом 40 л/мин. Объем бетонной смеси для устройства инъекционных свай принимался в зависимости от конструктивного решения инъекторов и составлял: 0,5 – 0,7 м3 для свай серии 1; 0,2 – 0,3 м3 для свай серии 2 и 0,04 – 0,07 м3 для свай серии 3. Все опыты проводились с двух-трех кратной повторностью.

Рис. 1. Конструктивное решение инъекторов, используемых в исследованиях:
а – инъектор; б – острие инъектора без уширения; в, г – острие инъектора с уширением в виде диска с выступом за основание инъекторной трубы С = 0,18 D и
С = 0,37 D; D – диаметр инъектора; Dу – диаметр уширительного диска; в числителе указаны значения размеров для инъекторов серий 1 и 3, в знаменателе – серии 2

Устройство инъекционных свай включало: погружение теряемых инъекторов вдавливанием (с контролем усилия вдавливания); тампонирование затрубного пространства инъекторов в верхней части (0,5 – 1,5 м); ступенчатое по 0,1 м3 нагнетание бетонной смеси в инъектора с перерывами на 5 – 10 мин для опрессовки3 околосвайного грунта рабочим давлением. После нагнетания бетонной смеси в оголовок инъектора устанавливалась специальная заслонка и производилась опрессовка грунта рабочим давлением вплоть до твердения бетонной смеси. Для контроля давления в системе «инъекционная свая - грунт» в процессе нагнетания бетонной смеси и его падении при опрессовке в оголовке инъектора устанавливался датчик давления.

Испытания инъекционных свай статической вдавливающей нагрузкой производились установкой с системой балок и анкерных
свай. Методика испытаний инъекционных свай осуществлялась в соответствии с ГОСТ 5686-94. Для инъекционных свай серии 3 испытания статической вдавливающей нагрузкой проводились с промежуточной разгрузкой, повторным нагружением до «срыва» и последующим повторным испытанием.

Исследование изменений свойств грунтов осуществлялось в полевых и лабораторных условиях. Вокруг ствола инъекционных свай (серия 1 – 2, г. Кемерово) проводилось статическое зондирование до и после их устройства, а также отбирались пробы и монолиты грунта. Отбор монолитов грунта производился непосредственно из околосвайного пространства каждой сваи до глубины 3,7 м в радиусе до 0,5 м по разбивочной сетке.

Для оценки качества и геометрии устроенных инъекционных свай после каждого опыта производилась их откопка и обследование сплошности бетонного сечения свай.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований. Дается оценка влияния конструктивного решения инъекторов на усилие вдавливания и несущую способность инъекционных свай. Приводятся результаты оценки влияния давления нагнетания бетонной смеси и конструктивного решения инъекторов на формирование ствола инъекционных свай, изменения физико-механических характеристик грунтов в околосвайном пространстве.

При вдавливании инъекторов с уширениями на нижнем конце между стенкой скважины и инъекторной трубой образуется зазор, снижающий усилие вдавливания за счет снятия трения на боковой поверхности инъекторной трубы с грунтом. Результаты оценки усилий вдавливания инъекторов и динамики оплывания стенок скважин позволили установить, что наиболее существенное (до 2 – 4 раз) снижение усилия вдавливания достигается в случае, когда не происходит мгновенного оплывания стенок скважины. В слабых глинистых грунтах это условие обеспечивается при консистенции JL = 0,75 – 1,0.

Выявлено, что при устройстве инъекционных свай с поэтапным нагнетанием бетонной смеси и ступенчатой опрессовкой диапазон давлений зависит от свойств грунтов. В слабых глинистых грунтах с показателем текучести JL = 0,7 – 1,5 диапазон давлений составляет 0,35 – 1,0 МПа (рис. 2).

Рис. 2. Графики изменения давления нагнетания бетонной смеси для свай: а – длиной 1,5 м (серия 3, г. Томск); б – длиной 3,5 м (серия 2, г. Кемерово);
в – длиной 5,0 м (серия 1, г. Кемерово)

Установлено, что при длительной опрессовке грунта (сохранении давления) рабочее давление, используемое при нагнетании в течение первых 5 – 10 мин, резко падает до 1,5 – 2 раз. Дальнейшее падение давления носит менее интенсивный характер и в течение 1 – 2 часов устанавливается и сохраняется вплоть до твердения бетона. Величина давления, установившегося в системе «инъекционная свая – грунт», при длительной опрессовке грунта составляет 25 – 30 % от первоначального (рабочего).

Установлено, что использование инъекторов с уширением в их нижней части при устройстве инъекционных свай в слабых глинистых грунтах обеспечивает формирование сплошного сечения их ствола (рис. 3). Выявлено, что в однородных грунтах происходит формирование относительно равномерного по всей высоте ствола сваи (рис. 3,а, диаметр сваи 0,25 – 0,28 м).

В случае неоднородных слабых глинистых грунтов в основании инъекционной сваи формируется уширение ствола в зоне с наименьшими физико-механическими характеристиками грунта. На опытной площадке в г. Кемерово уровень подземных вод на период устройства инъекционных свай (апрель 2003 г.) был зафиксирован на глубине 2,7 м. Выше грунт находился в мягкопластичном состоянии (JL = 0,7), а ниже уровня подземных вод – в текучем и текучепластичном состоянии (JL = 0,9 – 1,1). Принятая технология устройства инъекционных свай позволила сформировать сплошное сечение их ствола с его уширением в зоне с наименьшими характеристиками грунтов (рис.3, б,в). Диаметр ствола инъекционных свай на опытной площадке в г. Кемерово на глубине (L) составил: 130 – 215 мм (L = 1,5 – 2,7 м, серия 1); 485 – 585 мм (L = 2,7 – 3,7 м, серия 1); 110 – 180 мм (L = 1,5 – 2,7 м, серия 2); 510 – 620 мм (L = 2,7 – 3,5 м, серия 2).

Выявлено, что при устройстве инъекционных свай без уширений в нижней части инъекторов формирование сплошного сечения ствола сваи не обеспечивается. Участки инъекторных труб у свай, устроенных без уширений инъекторов на опытной площадке в г. Кемерово, были оголены и соприкасались с грунтом.

По результатам испытаний инъекционных свай статической вдавливающей нагрузкой их несущая способность по грунту (Fd) составила 100 – 280 кН (рис. 4). При этом установлено, что использование инъекторов с уширением на нижнем конце при устройстве инъекционных свай позволяет повысить их удельную несущую способность относительно свай, устраиваемых без уширений инъекторов. Существенное до 15 – 25 % увеличение удельной несущей способности инъекционных свай достигается при применении уширения с диаметром, в 1,75 раза (С = 0,37 D, рис.1) превышающим диаметр инъектора. Несущая способность инъекционных свай серии 3 (Fd) на опытной площадке в г. Томске составила 90 кН. Результаты повторных испытаний инъекционных свай серии 3 показали, что значение их несущей способности после «срыва» не уменьшается.

Рис. 4. Результаты испытаний инъекционных свай: 1 – сваи длиной 3,5 м, серия 2; 2 – сваи длиной 5,0 м, серия 1; а – без уширений острия инъектора; б, в – с уширением острия инъектора в виде диска с выступом С = 0,18 и 0,37 D; D – диаметр инъектора

По результатам статического зондирования грунтов в околосвайном пространстве (рис. 5) до и после устройства свай выявлено, что значения сопротивлений грунта внедрению зонда увеличиваются до 1,5 – 2 раз. Экспериментально установлено, что в уплотненной зоне вокруг ствола инъекционных свай происходит улучшение свойств грунтов относительно природных (естественного сложения). При этом плотность грунта () увеличивается на 13,7 – 15,8 %, влажность грунта (W) уменьшается на 14,7 – 22,5 %, плотность сухого грунта () увеличивается на 18,6 – 22,3 %, удельное сцепление грунта (С) увеличивается на 21,3 – 38,3 %, угол внутреннего трения () увеличивается на 2 – 3 град.

Рис. 5. Результаты статического зондирования грунтов околосвайного пространства до и после устройства инъекционных свай: а – удельное сопротивление грунта под наконечником зонда (qc); б – удельное сопротивление грунта на боковой поверхности зонда (fs)

Принятая в исследованиях сетка отбора монолитов грунта в околосвайном пространстве не позволила определить зону уплотнения грунта на глубине 3,1 – 3,5 м. Значения физико-механических характеристик грунта на расстоянии 0,5 м от ствола сваи не достигли их естественных значений. Для определения зоны уплотнения в околосвайном пространстве вне сетки (более 0,5 м) определения характеристик грунтов наиболее приемлемым оказалось использование эмпирической зависимости (3.1).

(3.1)

где – плотность сухого грунта на расстоянии (), г/см3; – природная плотность сухого грунта, г/см3; – максимальное значение плотности сухого грунта () у ствола инъекционной сваи, г/см3; – расстояние до рассматриваемой точки, см; – радиус ствола сваи, см; – коэффициент аппроксимации.

Значение максимальной плотности сухого грунта () для слабых глинистых грунтов может быть принято равным 1,55 – 1,6 г/см3. Значение параметра = 1,275 для слабых глинистых грунтов определилось из условия минимума среднеквадратического отклонения экспериментальных и расчетных значений. Точность эмпирической формулы (3.1) в сравнении с экспериментальными данными составила
± 4 % (рис. 6, а). Зона уплотнения грунта на глубине 3,1 – 3,5 м составила 1,2 – 1,4 м (рис. 6, б).

Рис. 6. Изменение плотности сухого грунта в околосвайном пространстве инъекционных свай: а – на глубине 2,3 – 3,1 м; б – на глубине 3,1 – 3,5 м

Выполненные экспериментальные исследования изменения физико-механических характеристик грунтов позволили установить, что при устройстве инъекционных свай в слабых глинистых грунтах происходит уплотнение окружающего грунта в радиусе до 2 – 2,5 диаметров ствола сваи. Уплотнение слабых глинистых грунтов обеспечивается поэтапным нагнетанием бетонной смеси со ступенчатой опрессовкой грунта давлением.

Четвертая глава посвящена совершенствованию метода расчета геометрических размеров ствола инъекционных свай и их несущей способности в слабых глинистых грунтах.

Для расчета диаметра ствола инъекционных свай применено решение задачи о расширении цилиндрической полости в грунте с использованием модели упрочняющейся разномодульной грунтовой среды (В.В. Лушников, г. Екатеринбург) в упруго-пластической постановке. Для корректного использования теоретических решений в приложении к работе приводится вывод основных формул решаемой задачи в сравнении с доступными литературными источниками. Разработан алгоритм расчета диаметра ствола инъекционных свай в зависимости от заданного объема бетона и разнородности грунтового основания по глубине.

Алгоритм расчета диаметра ствола инъекционных свай включает:

Pages:     | 1 || 3 |






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