автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Стабилизация оттаивающих связных оснований с помощью инъекционного закрепления

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЗАХАРОВ АЛЕКСЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

СТАБИЛИЗАЦИЯ ОТТАИВАЮЩИХ СВЯЗНЫХ ОСНОВАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ИНЪЕКЦИОННОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ

05.23.02 - Основания, фундаменты и подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена на кафедре геотехники в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель:

доктор технических наук профессор Сахаров Игорь Игоревич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Алексеев Сергей Игоревич;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заслуженный строитель России Мишаков Владимир Алекспндрович

Ведущая организация: ООО «ГЕОИЗОЛ»

Защита состоится «23» декабря 2004 г., в

часов на заседании

диссертационного совета Д 212.223.01 при Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул. д. 4 ауд. 206

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан « » ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Большая часть территории России характеризуется отрицательной среднегодовой температурой и сложена вечномерзлыми грунтами. При строительстве в этих районах в XX столетии основным был принцип сохранения мерзлого состояния основания в течение всего времени существования здания и сооружения (принцип Г). Вместе с тем, к настоящему времени значительная часть объектов Севера и Сибири претерпела большие деформации, вызванные оттаиванием оснований. Эта тенденция будет возрастать ввиду неоспоримого потепления климата, темпы которого по некоторым прогнозам могут достигнуть 0,1 град/год.

Помимо районов, сложенных вечномерзлыми грунтами, мерзлое состояние основания зданий и сооружений может иметь место в любых географических условиях. Так, это может возникать во время строительства вследствие локального промораживания грунтов при неправильном ведении работ. Для промышленных холодильников, расположенных в средней полосе России при выходе из строя систем обогрева полов промораживание оснований может достигать глубины 6 м и более.

Оттаивание мерзлых оснований сопровождается деформациями надземных конструкций, достигающими в отдельных случаях десятков сантиметров. Для связных грунтов, ввиду резкого падения прочности при переходе из мерзлого состояния в талое, возможны случаи потери устойчивости основания.

Как известно, одним из наиболее эффективных способов стабилизации осадок основания при его положительных температурах является способ инъекционного закрепления грунтов. В последние годы были разработаны принципы закрепления связных оснований, основанные на методе высоких давлений или гидроразрыва, когда в массиве инъектируются только трещины. Наиболее целесообразным с точки зрения упрочнения основания, а также оптимальным из экологических соображений является инъекционный раствор на основе цемента.

По сопротивляемости внешним нагрузкам мерзлые грунты любого гранулометрического состава, ввиду цементирующего влияния льда, следует рассматривать как связные. Прочность на разрыв высокотемпературных мерзлых грунтов относительно невелика, в связи с чем высокие давления, практикуемые при гидроразрыве и инъекции, могут вызывать образование в них трещин. В случае заполнения образовавшихся трещин цементным раствором тепло, выделяемое в ходе его твердения, может обеспечить перевод основания из мерзлого состояния в талое. Таким образом, стабилизация мерзлых фунтов с помощью инъекции цементного раствора в режиме, гидроразрыва является принципиально возможной, а [ ЧИС. ^жаИНМНЦ Я с ства

I ММЦОТСКЛ

3 '

* 01

потенциально аварийных объектов весьма актуальной.

Цель работы заключается в разработке методики закрепления мерзлых, потенциально оттаивающих связных грунтов основания зданий и сооружений с помощью инъекции цементного раствора, закачиваемого в режиме гидроразрыва.

Для достижения указанной цели в диссертации необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать особенности тепловыделения растворных образцов с различными добавками.

2. Исследовать особенности распространения температурных полей в средах с фазовыми превращениями при наличии в массивах источников тепла.

3. Рассмотреть случаи общего и местного разогрева основания с целью приведения его в состояние, при котором возможно осуществление гидроразрыва.

4. Практически исследовать особенности гидроразрыва пластичномер-злых грунтов.

Методика исследований. Для решения поставленных задач выполнялись физические эксперименты (в лабораторных и полевых условиях), а также математическое моделирование. Лабораторные опыты проводились с малыми образцами - как раствора, так и грунта. Полевые эксперименты по инъекции в мерзлые грунты выполнялись на реальном объекте - промышленном холодильнике. Численное моделирование производилось по исследованию температурных полей при различных схемах разогрева низкотемпературных мерзлых грунтов, а также при внедрении в массив цементного раствора.

Научная новизна работы заключается в установлении возможности и целесообразности инъекционного закрепления высокотемпературных связных мерзлых грунтов с помощью метода гидроразрыва, в исследовании процессов распространения температурных полей в грунтах, для которых характерны фазовые превращения в спектре отрицательных температур при различных тепловых возмущениях, в выявлении особенностей гидроразрыва и инъекции раствора в мерзлые грунты в реальных производственных условиях.

Практическая значимость работы обусловлена масштабностью задач по укреплению оснований многих зданий и сооружений Севера и Сибири ввиду глобального потепления и деградации мерзлого состояния оснований. Разработанная технология может быть использована для укрепления мерзлых, потенциально оттаивающих оснований объектов, расположенных в любых географических зонах. Для низкотемпературных оснований промышленных холодильников, практическая значимость работы заключается в ме-

тодике отогрева основания, технологии установки манжетных труб и компоновке дренажных устройств, совмещенных со скважинами глубинных нагревателей.

На защиту выносятся:

- анализ существующих методов стабилизации оттаивающих оснований;

- рецептура обойменного и инъекционного растворов при инъекции в режиме гидроразрыва через манжетные трубы;

- результаты численных экспериментов по моделированию распространения температурных полей в связных оттаивающих грунтах с фазовыми превращениями в спектре отрицательных температур;

- конструктивное решение по компоновке дренажных устройств, совмещенных со скважинами глубинных нагревателей, что обеспечивает снижение порового давления в оттаивающем основании.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на 59 и 61 научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов СПбГАСУ в 2002 и 2004 гг., а также международной научно-практической конференции в Пензенской государственной архитектур -но-строительной академии в 2002 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы, 2 приложений, 1 таблицы и 40 рисунков. Список литературы включает в себя 112 наименование. Общий объем диссертации 140 стр., в том числе 13 стр. приложений.

Содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, формулируются основные вопросы, рассматриваемые в диссертации.

В первой главе рассматриваются ситуации, когда в основании зданий и сооружений залегают мерзлые грунты. Такая ситуация прежде всего характерна для районов распространения вечномерзлых грунтов, если строительство осуществлялось по I принципу.

Однако основание зданий и сооружений может находиться в мерзлом состоянии и при расположении объектов в любой географической зоне. Наиболее частными являются случаи промораживания грунтов при устройстве нулевого цикла в зимнее время, а также многолетнее промораживание оснований зданий промышленных холодильников. Последующее оттаивание мерзлых оснований сопровождается осадками и деформациями сооружений.

В диссертации рассмотрены некоторые конкретные примеры промерза-

ния и оттаивания, а также деформации при этом зданий. В связи с этим, усиление потенциально оттаивающих оснований является весьма актуальным.

В обзоре научных публикаций дается анализ существующих методов стабилизации оттаивающих оснований. Весьма распространенным методом усиления оснований является пересадка фундаментов на сваи. Однако в процессе оттаивания боковая поверхность свай будет загружаться силами отрицательного трения, величина которых будет расти по мере роста глубины оттаивания. Это будет вести к осадкам, что часто наблюдается на реальных объектах, построенных на свайных фундаментах при поверхностном оттаивании, особенно если длина свай является небольшой. Следовательно, этот способ, весьма дорогой и трудоемкий, может рассматриваться только как временное мероприятие.

Стабилизация осадок оснований с помощью их закрепления весьма распространена в практике. Основы этого метода заложены М.Люжоном, А.Камбефором, П.А.Ребиндером, Е.М.Сергеевым, А.А.Акимовым, В.В.Ас-калоновым, Г.Н.Жинкиным, А.Н.Мещеряковым, Б.А.Ржанициным, К.П.Безродным, А.Г.Мацегорой, И.И.Сахаровым и другими.

Применительно к мерзлым грунтам практический опыт закрепления оснований существующих зданий и сооружений изложен в работах Г.Н.Максимова. При стабилизации осадок фундаментов грунт основания подвергался предварительному протаиванию, после чего закреплялся цементацией. Однако закрепляемые грунты были крупнозернистыми, а в основании находились талики, что обеспечивало выход избыточных вод

Для связных мерзлых грунтов идея закрепления, производимого совместно с оттаиванием, была выдвинута И.В.Бойко в 1971 г. Основная идея И.В.Бойко заключается в том, что при оттаивании ледяных включений связные грунты приобретают увеличенную фильтрационную способность, что позволяет закачивать в оттаявший грунт крепители типа жидкого стекла и хлористого кальция.

Весьма ценным в предложении И.В.Бойко является совмещение процессов оттаивания и закрепления. Однако эта методика имеет некоторые недостатки: Они заключаются в большой длительности процессов (более 15 суток на одну скважину) и существенных расходах дефицитных силикатов и электроэнергии.

Развитием метода И.В.Бойко по оттаиванию и упрочнению мерзлых грунтов явилось «Руководство по технологии физико-химического укрепления промерзающих и оттаивающих грунтов», составленное при непосредственном участии И.В.Бойко НИИОСП в 1977 г. В «Руководстве» улучшение строительных свойств мерзлых грунтов предлагается производить оттаиванием химическими реагентами, электрическим током и электрохимическим оттаиванием. При оттаивании химическими реагентами в мерзлый грунт

производится инъекция водных растворов солей или безводных сжиженных и газообразных химических реагентов, способных активно оттаивать лед.

При стабилизации оттаивающих оснований сооружений «Руководством» рекомендована «совмещенная» схема по оттаиванию и обработке реагентами. При этом предполагается оттаивание мерзлого грунта (вначале на треть, затем на оставшиеся две трети общего объема), инъецирование жидкого стекла, инъецирование реагента, коагулирующего жидкое стекло, включение системы оттаивания для прогрева засиликатизированного объема грунта с целью повышения его прочности. В качестве коагулянтов предлагается использование хлористого кальция, аммиака, углекислого газа и других.

Рекомендуемая в «Руководстве» технология и рецептура имеет те же недостатки, что отмечено выше при анализе работ И.В.Бойко. Вместе с тем, предложения об инъецировании с образованием «микроразрывов» в массиве грунта при инъекции, инъекция через пакеры, а также сама идея совмещения оттаивания и уплотнения грунта при оттаивании являются весьма плодотворными и должны быть использованы для целей стабилизации оттаивающих оснований. При этом следует стремиться к сокращению длительности обработки грунтов основания, применению однокомпонентных растворов и, соответственно, разовых инъекций и максимальному использованию известных физических эффектов, в частности эффекта экзотермии.

• Перечисленному отвечает выдвинутая в 2000 году проф. И.И.Сахаровым идея инъекции в потенциально оттаивающие мерзлые грунты растворов при высоких давлениях (в режиме гидроразрыва) и последующем оттаивании грунта в области инъекции за счет тепла внедренного раствора и его экзотермии при твердении. Схема усиления такого мерзлого основания показана на рис. 1.

/ /

лого основания с помощью инъекции цемен-

тного раствора в режиме гидроразрыва:

1 -фундамент,

2 - заполненная раствором скважина;

3 - растворная линза;

4 - контур зоны оттаивания

Рис.1. Схема усиления пластичномерз-

/ \

/

\

Для теоретического и практического обоснования выдвинутой идеи необходимы специальные исследования. Наиболее важные из них должны быть посвящены рассмотрению эволюции во времени температурных полей при внедрении в мерзлые массивы выделяющих тепло при твердении цементных растворов. Весьма важными также являются случаи, когда инъекции должны быть подвергнуты низкотемпературные мерзлые грунты, гидроразрыв которых в исходном состоянии невозможен. В этой ситуации требуется рассмотрение схем подогрева основания до температур, когда гидроразрыв принципиально осуществим. И наконец, возможность самой реализации идеи гидроразрыва и инъекции в мерзлый грунт нуждается в практическом обосновании.

Во второй главе излагаются методика и результаты лабораторных экспериментов по тепловыделению растворных образцов с различными добавками. Согласно выдвинутой идеи разогрева и оттаивания мерзлого грунта в районе внедрения в массив раствора последний должен в ходе твердения выделять относительно большое количество тепла.

Тепловыделение при гидратации цемента являлось предметом изучения многих специалистов с середины 30-х годов прошлого века. Основной вклад в этот вопрос внесли В.А.Кинд, В.В.Кинд, В.Лерч, С.Д.Окороков, А.А.Парийский, А.А.Гвоздев, П.И.Баженов, Г.Д.Вишневецкий, И.Д.Запоро-жец, П.Г.Комохов, С.А.Миронов, А.Е.Шейкин, Л.М.Колчеданцев" и другие.

Основными минералами цементного клинкера являются алит (3 CaО • SiO2) и белит (2 CaO • SiO2), составляющие до 75% клинкера. Содержание трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита обычно не превышает 20%. Перечисленные минералы обладают разными свойствами в отношении скорости твердения, прочности и тепловыделением. Согласно многочисленным исследованиям, большим тепловыделением при твердении обладает алит, который отличается быстрым твердением и большой прочностью. Белит твердеет медленнее, прочность его также весьма высока. Прочность трехкальциевого алюмината и четырехкальциевого алюмоферрита относительно невелика. Тепловыделение при гидратации является максимальным для трехкальциевого алюмината, на втором месте по тепловыделению находится алит.

Для поставленных целей и задач диссертационной работы, ориентированной на закрепление пластичномерзлых грунтов и переводе их в талое состояние за счет тепловыделения цементного раствора необходимо определить основные свойства раствора, в наибольшей степени отвечающего этим задачам. Наиболее очевидно то, что такой цементный раствор должен обладать существенным тепловыделением при твердении. Скорость такого тепловыделения не должна быть очень большой, так как это может вызвать преждевременное схватывание раствора в элементах цепочки насос инъекцион-

ная трубка- частично заинъсктированный массив грунта. В отношении прочности цементного камня можно утверждать, что высокая прочность желательна, так это увеличивает прочность закрепленного основания. Вместе с тем, требование максимальной прочности, как это может иметь место в бетонных и железобетонных конструкциях, не является обязательным.

Исходя из вышесказанного, требуемый цементный раствор должен содержать максимальное количество алита и минимальное количество трех-кальциевого алюмината. Таковым является состав обычных, широко доступных цементов, выпускаемых отечественными заводами.

Как уже отмечалось, для стабилизации потенциально оттаивающих оснований, цементный раствор должен внедряться в грунт, имеющий отрицательную температуру. Для обеспечения твердения раствора при отрицательных температурах в строительной практике широко применяется введение в раствор различных добавок. Наиболее применяемые добавки увеличивают подвижность раствора (пластифицирующие) и ускоряют его твердение.

Действие пластифицирующих добавок объясняется образованием на поверхности частиц цемента пленок. Эти пленки затрудняют проникновение воды к цементным частицам, что замедляет процесс гидратации - а, следовательно, и тепловыделения. В литературе отмечается, что при наличии толстых пленок, то есть при повышенной дозировке пластификаторов, гидратация частиц цемента может резко замедлиться, либо даже прекратиться вообще. Таким образом, для растворов, предназначенных для стабилизации мерзлых грунтов следует ограничить дозировку пластифицирующих добавок, сведя их к возможному минимуму.

Добавки - ускорители твердения растворов чаще всего представлены хлористым кальцием, поташом, нитритом натрия. Эти добавки, как известно, ведут к заметному увеличению тепловыделения при гидратации. Следовательно, для целей инъекционного закрепления мерзлых грунтов использование таких добавок будет необходимым.

Процентное содержание добавок - ускорителей твердения растворов для каменных и железобетонных конструкций обычно не превышает 3 - 5% от массы цемента. Это ограничение связано с опасностью коррозии арматуры и цементного камня при большом количестве хлор-ионов в растворе. Отметим, что первое соображение не имеет значения для целей инъекционного закрепления мерзлых грунтов, однако коррозия цементного камня в закрепленном основании нежелательна.

Таким образом, для целей инъекционного закрепления мерзлых грунтов целесообразно применение обычных широко распространенных цементов. В качестве добавок пластификаторы могут быть использованы в минимальных количествах. С целью увеличения эффекта тепловыделения при твердении цементных растворов целесообразно введение в раствор добавок -

ускорителей твердения в количестве не более 2...5% от массы цемента.

В лабораторных условиях проводились 2 серии экспериментов. Первая серия проводились с цилиндрическими растворными образцами малого размера объемом около 32 см3. В растворную смесь на обычном цементе М 400 вводились добавки хлористого кальция или ЛИИЖТа в разных процентных соотношениях (от 1 до 5%). Выбор этих добавок был обусловлен их широким распространением и доступностью. Добавка ЛИИЖТа с конца 2001 г. была запущена в производство на заводах АО «Баррикада» в Санкт-Петербурге при отпуске растворов и бетонов в зимнее время.

В экспериментах первой серии в центр образца сразу после его формирования вводился терморезистор, позволяющий измерять температуру с точностью до 0,1°С. Образец помещался в ванну, наполненную тающим льдом, что позволяло считать режим твердения строго изотермическим.

Результаты опытов показали, что разогрев образцов с добавкой из хлорида кальция существенно выше, чем с применением добавки ЛИИЖТа. Разница в температурах растет и спустя 6-7 часов от начала затворения превышает 4 °С.

Вторая серия опытов предусматривала имитацию теплового влияния растворных линз, внедренных в мерзлый грунт. С этой целью предварительно замороженный при температуре -2°С образец суглинка со средней влажностью около 0,38 устанавливался на бляшку раствора с добавками - ускорителями твердения. Образец грунта с раствором помещался в камеру с температурой -2°С; в процессе твердения раствора проводились регулярные измерения температур в растворе, а также в 3-х точках по высоте образца. Результаты характерных опытов с разными добавками показаны на рис. 2 и 3.

Опыты показали, что при твердении растворных линз с добавками хлористого кальция и ЛИИЖТа при их контакте с мерзлым грунтом отмечается оттаивание и разогрев грунтов в случае добавки хлористого кальция и практическая неизменность начальных (отрицательных) температур грунтового образца при добавке ЛИИЖТа. В связи с этим, для инъекции в изначально мерзлые грунты, их закреплении и оттаивании целесообразно использование цементных растворов с добавками хлористого кальция. Грунты на контакте с твердеющим и выделяющим тепло раствором будут претерпевать осадки оттаивания. Срок оттаивания может быть изменен подборкой параметров раствора. Развивающаяся осадка может быть полностью или частично компенсирована объемами инъектируемого раствора.

Более прочные и обладающие малым тепловыделением растворы с добавкой ЛИИЖТа целесообразно использовать в качестве компонента обой-менного раствора манжетных труб, особенно при инъекции через забой скважины. Это исключит оттаивание грунта вокруг затрубного простанства и прорывы раствора вдоль манжетных труб.

Т*С УсАо (и Я оочтав

5

Рис.2 Изменение температур в цементной линзе (Т2) и грунте (Т1,Т5, Т6) во времени (добавка 4% СаС12)

Рис 3. Изменение температур в цементной линзе (Т2) и грунте (Т1 ,Т5, Т6) во времени (добавка 5% ЛИИЖТ)

В третьей главе изложены методы и результаты решения теплофизичес-ких задач при рассмотрении эволюции температурных полей в мерзлых и оттаивающих грунтах. Идея закрепления мерзлого грунта при внедрении в него цементного раствора с последующим оттаиванием за счет тепла раствора и его экзотермии при твердении требует следующего расчетного обоснования:

1. Теплофизического - при анализе эволюции температурных полей в основании при наличии местных источников тепла в виде затвердевающих растворных образований.

2. Механического - при исследовании НДС системы «закрепленное основание - сооружение».

Теплофизическая задача требует нахождения полей температур в массиве грунта в любой момент времени. Это заставляет рассматривать вопросы распространения тепла в гетерогенной среде, частично заполненной водой и льдом. При этом помимо учета источников тепла - твердеющих растворных линз - в мерзлой части массива следует учесть фазовые превращения льда в воду, которые для связных грунтов будут иметь место в так называемом спектре отрицательных температур. Это заставляет обратиться к методам решения задач нестационарной теплопроводности.

Задачу установления НДС следует решать с учетом роста объема талого грунта, границы которого в изначально мерзлом массиве определяются на основе решения теплофизической задачи. При этом на каждом этапе решения теплофизической задачи можно либо задавать талому грунту деформационные характеристики (модуль деформации и коэффициент Пуассона), либо при их неизменных значениях вводить для элементов областей оттаивания векторы сил, соответствующие деформациям оттаивания. Второй способ решения является более экономным, так как при численной реализации (например, методом конечных элементов) он не требует перерасчета матриц жесткости элементов. Такой подход был реализован А.Б.Фадеевым и И.И.Сахаровым при расчетах осадок оттаивания вокруг наклонных ходов метрополитена.

В наиболее строгой постановке вторую задачу следует рассматривать с учетом в расчетах порового давления. При образовании и рассеивании порового давления приходится учитывать консолидацию оттаивающих грунтов. Учет порового давления значительно осложняет решение при численных расчетах в пространственной постановке. В связи с этим, идя по пути разумных упрощений, можно пренебречь наличием избыточной влаги при оттаивании и полагать, что вода, образующаяся при таянии порового льда, либо может связываться в процессе твердения некоторыми растворами (например, на основе глиноземистого цемента), либо достаточно быстро удаляется с помощью искусственных дренажей. В этом случае задача установления НДС системы «закрепляемое основание - сооружение» в первом при-

ближении может рассматриваться как квазистационарная по методике, изложенной в работах И.И.Сахарова и М.Аббуда для двух состояний грунта-мерзлого и талого. Таким образом, эту часть проблемы можно считать ранее решенной. Следовательно, основное внимание следует уделить решению теплофизической задачи.

Для пространственной нестационарной задачи теплопроводности для сред, в которых фазовые превращения идут в спектре отрицательных температур, возможны только численные решения. Для решения задач теплопроводности методом конечных элементов в диссертации использован программный модуль «Тегшс^гоипё», разработанный в рамках комплекса РЕМшоёек Комплекс РЕМшоёек был создан в НПО «Геореконструкция» на основе известного программного комплекса «Геомеханика» А.Б.Фадеева. В создании модуля «Termoground» принимали участие К.Г.Шашкин, В.Н.Парамонов, С.А.Кудрявцев и И.И.Сахаров.

Для исследования теплофизических задач в программном комплексе «FEM-models» в основу математической модели теплофизических процессов принята модель промерзающего, оттаивающего и мерзлого грунта, предложенная Н.А. Цытовичем и Я.А Кроником, которая учитывает механические и физико-химические процессы, физико-механическое состояние и переменность характеристик грунтов в зависимости от изменения их температуры и напряженно - деформированного состояния. Эта модель позволяет учитывать изменение тепловой энергии в грунте в процессе промерзания-оттаивания с изменением температуры грунта.

Стабилизация оснований существующих зданий с помощью инъекционного закрепления, согласно изложенным представлениям, производится до начала оттаивания, то есть инъектируются мерзлые грунты. Основания зданий и сооружений, расположенных на южной границе распространения вечномерзлых грунтов имеют высокую температуру - от - 0,1 до - 1,0°С, то есть зачастую находятся в пластичномерзлом состоянии. Такие температурные условия характерны для условий Воркуты, Салехарда, Игарки, Иркутска, Читы, Магадана и других крупных городов Севера и Сибири. Таким образом, стабилизационная инъекция таких оснований, по-видимому, возможна без подогрева грунтов.

При длительном искусственном промораживании грунтов, что часто имеет место в основаниях холодильников при выходе из строя подогрева полов, температуры грунта у поверхности и на значительную глубину являются очень низкими. Это не позволяет произвести гидроразрыв таких грунтов ввиду их высокой прочности и требует рассматривать варианты предварительного подогрева основания.

Подогрев низкотемпературного основания может быть поверхностным или глубинным. Целью рассмотрения эффективности схемы подогрева явля-

ются общие энергозатраты, длительность работ, а также поля температур в адресных зонах инъекции. Ввиду отмеченных сложностей задачи целесообразность вариантов подогрева, а также их технические параметры могут быть проанализированы только при численном моделировании.

Численный анализ на примере промороженного до глубины 6.8 м основания здания холодильника в порту Санкт-Петербурга показал следующее. При 2-х месячном разогреве основания с поверхности при температурах поверхности + 70°С в течение 2 месяцев полностью оттаивает только слой толщиной около 1,1м. Температура мерзлого грунта во всей толще повышается, однако увеличение температур невелико и составляет около 0,8°С. Грунт на глубине 2 - 3,5 м имеет температуру около - 3°С, что не позволяет произвести гидроразрыв и инъекцию. Таким образом, подготовку низкотемпературного основания с помощью поверхностного прогрева в рассматриваемом случае, очевидно, следует считать нецелесообразной.

При разогреве основания с помощью глубинных нагревателей были рассмотрены ситуации при одинаковом плановом их положении (с шагом 3 м) и разной длины - 2,6 и 4,6 м от поверхности пола. При численном моделировании температура внешней поверхности нагревателей принималась равной +80°С. Основной задачей моделирования являлось отслеживание не сколько контуров оттаивания, сколько распределение температур в расположенном между нагревателями мерзлом грунте, в который предполагалось производить инъекцию.

Моделирование прогрева короткими нагревателями показало, что температура мерзлого грунта повышается очень медленно и инъекция в режиме гидроразрыва реально осуществима после 30-дневного прогрева, когда температуры грунта варьируют от -0,8 до -1,5°С.

Численное моделирование глубинного разогрева основания длинными тенами спустя 6 дней работы показано на рис. 4. Температуры в плоскости инъекции на глубине нижних концов тенов составляют от - 0,9 до -2°С, при этом средние температуры составляют около - 1,2 °С рис. 5. Такие температуры мерзлого грунта принципиально позволяют произвести их гидроразрыв. При этом от чрезмерных поднятий надземные конструкции страхует слой вышележащего мерзлого грунта с температурами - 2,7 °С и ниже. Таким образом, разогрев основания с помощью длинных тенов в данном случае следует рассматривать как наиболее целесообразный.

При моделировании разогрева основания при экзотермии твердеющего цементного раствора следует задать соответствующий закон изменения температур в цементном образовании. Этот сложнейший вопрос является предметом исследований специалистов в области строительных материалов и не может считаться разрешенным до конца.

Рис 4 Распределение температур по оси симметрии здания и конфигурация областей оттаивания спустя 6 дней после начала работы длинных трубчатых нагревателей

Рис 1 Эпюр I распре к' юпия ^мперлтлр вп юс кос ш инымцш си>(пя6 лнеи пос 1е ндч 11а р юо 1ы \ п шинных ф\бчагы\ и<нр<.вагс тем к\см 12)

В диссертационной работе не ставилась задача установления законов тепловыделения, а рассматривались аспекты численного моделирования температурных полей в мерзлых и талых грунтах, в которые внедрено какое-либо количество раствора. В связи с этим, для возможности моделирования отмеченного процесса было принято решение задаться некоторой зависимостью тепловыделения. Для корректности получаемых в результате численного моделирования результатов в диссертации была задана функция тепловыделения на основе экспериментальных данных. При этом в качестве образцовой работы был взят труд И.Д.Запорожца, С.Д Окорокова и А.А.Парийского, в котором были приведены данные многих опытов разных авторов

Обработка экспериментальных данных тепловыделения раствора в изотермических условиях (а таяние нагреваемых мерзлых грунтов происходит при постоянной температуре, равной 00С), позволило установить, что 1 г обычного цементного раствора М 400 выделяет в год около 100 кал тепла. При этом порядка 80% тепла выделяется в течение первого месяца твердения. Для упрощения расчетов функция выделения тепла экзотермии во времени была аппроксимирована линейным графиком.

Результаты численного моделирования инъекции в основание, прогретое длинными тенами показаны на рис. 6. Эпюры температур и состояние элементов спустя 1 год после завершения инъекции показаны на рис. 7. Расчеты показали, что полное оттаивание основания здания холодильника при стабильной работе подогреваемого пола наступает через несколько лет

Рис 7 Распределение температур по оси симметрии здания спустя 1 год после завершения инъекции

Таким образом, подогрев низкотемпературных оснований наиболее эффективен с помощью трубчатых нагревателей относительно большой дли ны В отличие от поверхностного прогрева, глубинный прогрев позволяет также осуществить дренаж талых вод, используя для этой цели засыпанные дренирующим материалом скважины для трубчатых нагревателей Ввиду снижения порового давления это позволит повысить устойчивость оттаивающих связных грунтов, а также сократить сроки уплотнения

В четвертой главе изложена методика полевых экспериментов, описана организация опытной площадки и приведены основные результаты опытов Площадка была организована в здании действующего холодильника в центре Санкт-Петербурга

Основными задачами полевых экспериментов являлось установление

1 Возможности практического гидроразрыва пластичномерзлых грунтов с внедрением в них некоторых объемов цементного раствора

2 Возможности частичного оттаивания мерзлого грунта за счет экзо-термии твердеющего раствора

3 Степени упрочнения заинъектированного грунта и его деформатив ность по отношению к незаинъектированному грунту после оттаивания

Указанные цели достигались в ходе следующих опытов

- первая - при гидроразрыве в 2-х горизонтах З-ч скв шин с манжетными трубами с замерами поглощения раствора вторая при периодическом измерении температур в зонах инъекции

- третья - при стандартных штамповых испытаниях искусственно оттаянных грунтов в скважинах штампом площадью 600 см2.

Для достижения поставленных целей и задач на участке здания с глубиной промерзания около 3,5 м по углам квадрата со стороной 0,7 м были пробурены 4 скважины глубиной 2.65 - 3.1 м, в которые были установлены 4 трубки с замоноличиваением затрубного пространства. Измеренные температуры забоев скважин колебались от - 0,7 до - 1,7°С.

После устройства манжетных труб из забоев трех из них производилась инъекция цементного раствора с добавкой хлористого кальция в плас-тичномерзлую супесь. В ходе этих работ производилось измерение поглощения раствора и измерение температуры грунта в четвертой трубе, инъекция через которую не производилась. Температурные измерения разогрева грунта велись в течение 140 часов после окончания инъекции.

Спустя 1 неделю после инъекции в центре квадрата, образованного трубками, а также на расстоянии 2 м от него пробуривались 2 скважины диаметром 350 мм для последующих штамповых испытаний. Грунт в забое обеих скважин подвергался оттаиванию переменным током с помощью вертикальных электродов. После завершения оттаивания грунты испытывались штампом в обеих скважинах.

Основные результаты полевых экспериментов были следующими. В ходе проведенных исследований удалось произвести инъекцию около 150 л раствора в супесь, имеющую температуру около - 0,7°С. Осуществить гидроразрыв грунта при более низких температурах (- 1,5...- 1,7°С) не удалось даже при пиковых значениях давлений в 35 атм. По-видимому, гидроразрыв в массиве грунтов при таких температурах может быть осуществим при давлениях не менее 40-50 атм.

Разогрев мерзлого грунта с переходом температур в область положительных значений вблизи линзы внедренного раствора отчетливо фиксируется в течение нескольких суток. Максимальная измеренная температура составляла +3,2 °С (до начала инъекции она была равна -1,5°С).

Грунт в окрестностях внедрения цементного раствора упрочняется и снижает деформативность. В ходе эксперимента для грунта при расстоянии от цементной линза на 30...40 см отмечается повышение модуля деформации примерно в два раза. Предельное давление на штамп для незакрепленного грунта в опытах составило 1,875 кг/см2, для заинъектированного грунта оно превысило 2,5 кг/см2 и в ходе испытаний достигнуто не было. Таким образом, инъекционное закрепление мерзлого грунта ведет и к увеличению его прочности в окрестностях инъекции после оттаивания.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Основания зданий и сооружений довольно часто могут находиться в мерзлом состоянии. Это может происходить в силу промораживания, имевшего место за один или несколько сезонов (для сооружений, расположенных вне зоны распространения вечномерзлых грунтов - при отсутствии надлежащей теплозащиты), а также при устройстве льдогрунтовых ограждений. Кроме того, при расположении здания в зоне распространения вечномерзлых грунтов мерзлое состояние основания при строительстве по принципу I существует до начала строительства.

2. Для мерзлых оснований весьма опасным является их оттаивание, в результате чего грунты испытывают большие неравномерные деформации. Одним из эффективных способов стабилизации деформаций оттаивающих оснований может являться инъекционное закрепление, реализуемое с помощью метода гидроразрыва. Оттаивание высокотемпературных пластичномерзлых связных грунтов в этом случае будет происходить вследствие тепла внедренного раствора и его эк-зотермии, а осадки оттаивания компенсироваться за счет объема инъекции.

3. Лабораторные исследования, проведенные на малых образцах, показали, что цементные растворы с добавкой хлористого кальция -наиболее распространенного и дешевого материала - обеспечивают наибольшее тепловыделение и, следовательно, максимальное оттаивание мерзлого грунта вблизи растворного образования. Более низкая прочность последнего по сравнению с растворами при других добавках не имеет решающего значения в случае нахождения растворных линз в массиве основания.

4. Теплофизические расчеты оснований при фазовых переходах грунтовой влаги в спектре отрицательных температур могут выполняться с помощью программного комплекса «Termoground», входящего в пакет FEM models. Изменения теплофизических параметров грунта при этом принимаются на основе модели Н.А.Цытовича и Я.А.Кроника. При моделировании разогрева основания за счет эк-зотермии внедренного раствора в первом приближении допустима схематизация графика тепловыделения в виде простейших линейных функций.

5. Для осуществления инъекции в низкотемпературные потенциально оттаивающие основания последние должны быть подготовлены с помощью подогрева. Численное моделирование показывает, что для промороженных оснований холодильников наиболее эффективен подогрев оснований с помощью глубинных трубчатых нагревате-

лей. Отвод образующейся при оттаивании основания воды в течение всего срока деградации мерзлых грунтов будут выполнять заполненные крупнозернистой засыпкой скважины нагревателей.

6. Неодномерность промерзания оснований, а также различное пространственное положение нагревателей и инъекционных скважин не позволяет произвести аналитическую оценку разогрева и оттаивания грунта даже в самом грубом приближении, что заставляет использовать компьютерные расчеты при трехмерном моделировании системы «сооружение - источники нагрева, включая экзотермию внедренного раствора - мерзлое (оттаивающее) основание».

7. Полевые эксперименты показали, что гидроразрыв связных грунтов при их температуре - 0,7°С и выше достигается при давлениях до 10 атм. Осуществить гидроразрыв грунта при более низких температурах (- 1,5...- 1,7°С) не удается даже при пиковых значениях давлений в 35 атм. Для инъекционного закрепления низкотемпературных потенциально оттаивающих оснований последние должны обязательно подогреваться.

8. Грунт в окрестностях внедрения цементного раствора после оттаивания снижает деформативность. В ходе эксперимента для грунта при расстоянии от цементной линзы на 30...40 см отмечается повышение модуля деформации примерно в два раза. Предельное давление на штамп для незакрепленного грунта в опытах составило 1,875 кг/см2, для заинъектированного грунта оно превысило 2,5 кг/см2 и в ходе испытаний достигнуто не было. Таким образом, инъекционное закрепление мерзлого грунта ведет и к увеличению его прочности в окрестностях инъекции после оттаивания.

9. При практической инъекции мерзлых оснований для различных фаз процесса целесообразно использование разных добавок к цементным растворам. Для обеспечения максимального разогрева и оттаивания мерзлых грунтов следует использовать растворы с добавкой хлористого кальция. В то же время для приготовления обойменного раствора необходимо применение добавок, выделяющих малое количество тепла при твердении. Такой добавкой, обеспечивающей значительную прочность раствора, что имеет большое значение при инъекции через забой скважины, является распространенная в петербургской практике добавка ЛИИЖТа.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Сахаров И.И., Захаров А.Е. Перспективы методов усиления оснований архитектурных памятников Севера и Сибири//Реконструкция городов и геотехническое строительство. Интернет-журнал № 4, 2001.

2. Захаров А.Е. Исследование температурных полей в мерзлых грунтах, контактирующих с твердеющими растворными прослойками.// Сб.тр. 59 научной конф. СПбГАСУ, 2001.

3. Парамонов В.Н., Сахаров И.И, Кудрявцев СА, Шашкин К.Г., Васенин В.А., Захаров А.Е. Усиление промороженных оснований зданий холодильников. «Актуальные проблемы усиления оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений». Сборник научных статей международной практической конференции. - Пенза, 2002.

4. А.Л.Невзоров, Е.В.Кригер, И.И.Сахаров, А.Е.Захаров, В.Н.Парамонов С.А. Кудрявцев. Оценка деформаций грунтов связанных с промерзанием и оттаиванием. Основания и фундаменты: Теория и практика. Межвузовский тематический сборник трудов. СПбГАСУ. Санкт-Петербург, 2004. С.134-140.

5. Сахаров И.И., Захаров А.Е. Опыт высоконапорной инъекции в пла-стичномерзлые грунты// Реконструкция городов и геотехническое строительство. Интернет-журнал № 8,2004.

Подписано в печать 11.11.2004. Формат 60x84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Зак. 154.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005. г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, д.4.

Отпечатано на ризографе 190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, д. 5.

»25765

475

ВВЕДЕНИЕ ~

Глава 1. ДЕФОРМАЦИИ ОТТАИВАНИЯ И ПУТИ ИХ СТАБИЛИЗАЦИИ

1.1. Мерзлые и промерзающие грунты в основании зданий и сооружении.

1.2. Явления, сопровождающие промерзание и оттаивание грунтов в основаниях сооружении.

1.3. Методы стабилизации оттаивающих оснований."

1.4. Выводы и направление исследований. • 3-г «

Глава 2. ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ ТВЕРДЕЮЩИХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТА ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

2.1. Общие соображения.

2.2. Лабораторные исследования твердения растворных образцов при Т = 0°С - з®

2.3. Лабораторные исследования распространения температурных полей в мерзлых и отшивающих грунтах.-4°

2.4. Выводы.

Глава 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В МЕРЗЛЫХ И ТАЛЫХ ГРУНТАХ

3.1. Методы решения теплофизических задач в средах с фазовыми превращениями.

3.2. Подготовка основания для инъекции с помощью разогрева .

3.3. Методика численного моделирования разогрева основания за счет экзотермии внедренного раствора.

3.4. Выводы. -$9>

Глава 4. ОПЫТ НАТУРНОГО ИНЪЕКЦИОННОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ В РЕЖИМЕ ГИДРОРАЗРЫВА

4.1. Задачи и методика экспериментальных исследований.~

4.2. Организация опытной площадки.

4.3. Основные результаты полевых экспериментов.

4.4. Выводы. "f°B

Россия является самой холодной страной в мире. Более 60% ее площади занято вечномерзлыми грунтами. Освоение этих территорий было предпринято; еще в конце XIX века при строительстве Забайкальской и Амурской железных дорог. В советское время на территории, сложенной вечномерзлыми грунтами, были возведены крупные города и связанная с ними инфраструктура.

Вместе с тем, несмотря на очевидные успехи северного строительства, во второй половине XX столетия многие здания и сооружения, возведенные на вечномерзлых грунтах, стали претерпевать ощутимые деформации. По статистике 80-х годов в районах южной границы распространения мерзлых. грунтов число аварийных зданий стало в отдельных случаях достигать 70% от их общего числа [0.1], К концу XX столетия география зон чрезмерного деформирования объектов стала; захватывать практически все территории Севера и Сибири.

Отмеченные фактьь аварий и их прогресс во времени в настоящее время связывается с глобальным потеплением климата. По современным данным рост среднегодовой температуры в северных районах может достигнуть 0,1 градуса в год [0.2]. Если эти прогнозы оправдаются, то в Восточной Сибири южнее 62° северной широты криолитозона полностью исчезнет, а в Западной Сибири ее южная граница значительно сместиться на Север [0.3]:

Потеплением климата связывают с разными причинами, немалая роль в которых отводится выбросу в атмосферу углекислого газа (так называемый парниковый эффект). Для ограничения выброса в атмосферу СОг в 1987 г, в Киото рядом крупных государств было* подписано соглашение об ограничении выброса СОг в атмосферу. Однако США и Россия Киотский протокол не подписали. В конце 2003 г. правительство

России объявило о том, что в ближайшем будущем этот протокол подписан: не будет. Мотивировкой? отказа? от подписания Киотского протокола; послужило в том; числе высказанное предположение о» благоприятных последствиях глобального потепления климата на ситуацию в Российской Федерации.

Оставляя без комментариев соображения относительно перспектив сельскохозяйственного освоения территорий зоны оттаивания; отметим, что подобный сценарий приведет к катастрофическим деформациям абсолютного большинства сооружений. В связи с этим закономерно ставить вопрос о методах усиления оттаивающих оснований' наиболее значимых зданий и сооружений Севера и Сибири.

Необходимо отметить, что помимо : северных территорий, проблемы, вызванные оттаиванием грунтов, могут иметь место и в? других географических: районах: При- этом мерзлое состояние основания? носит временный характер и исчезает со временем. Так, мерзлое состояние: основания ? имеют мелкозаглубленные фундаменты (МЗФ), при этом в зимнее время грунты основания? промерзают, а в летнее оттаивают. Объекты, контактирующие с искусственно* промороженными: грунтами временных ледогрунтовых- сооружений» испытывают осадки при постепенной: деградации последних. Во многих промышленных: холодильниках основание промерзает при выходе из строя системы обогрева полов. В перечисленных случаях также приходится рассматривать проблемы стабилизации таких потенциально оттаивающих оснований.

Осадки, связанные с оттаиванием грунтов: могут исчисляться десятками? сантиметров: Для спасения/ зданий: и сооружений требуется усиление оснований и г фундаментов. Вместе: с тем, широко i применяемые мероприятия: при: стандартном усилении (уширение подошвы? и пересадка фундаментов на сваи) при существенной толщине оттаивающих фунтов неэффективны. Для этой цели весьма перспективным явится закрепление оттаивающих оснований. Подобное мероприятие с помощью метода гидроразрыва было предложено И.И.Сахаровым в 2000 г. на всероссийском семинаре-совещении по монолитному домостроению. Данное предложение означает перевод основания из мерзлого состояния в талое, или оперируя терминологией фундаментостроения на вечномерзлых грунтах, перевод основания с принципа I на принцип П.

Настоящая работа посвящена разработке методики стабилизации мерзлых, потенциально оттаивающих оснований зданий и сооружений с помощью инъекционного закрепления. Основное внимание уделялось следующему.

1. Изучению методов усиления оттаивающих грунтов.

2. Исследованию тепловыделения растворных образований и распространению тепла при их контакте с мерзлыми грунтами.

3. Рассмотрению вопросов математического моделирования^ температурных полей в грунтах при работе сплошных и точечных источников тепла, в том числе с учетом экзотермии внедренных в массивы твердеющих растворных образований.

4. Отработке технологии инъекции в мерзлые грунты.

Диссертация выполнена на кафедре геотехники Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета. Полевые эксперименты выполнялись на двух промышленных холодильниках Санкт-Петербурга.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н,, профессору И.И.Сахарову, заведующему кафедрой д.т.н., профессору Р.А.Мангушеву, д.т.н., профессору В.Н.Бронину, всем сотрудникам кафедры за постоянную помощь в работе.

Автор выражает также благодарность генеральному директору ООО «Строительное дело - С & Г» Н.Г.Сотникому, а также К.С.Латышеву и его сотрудникам за помощью в проведении полевых экспериментов. Автор благодарит начальника 6 отдела ГЖТИ Г.В.Левентова за помощь в проведении штамповых испытаниях грунтов.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Основания зданий и сооружений довольно часто могут находиться в мерзлом состоянии. Это может происходить в силу промораживания, имевшего место за один- или несколько сезонов (для сооружений, расположенных вне зоны распространения вечномерзлых грунтов -при отсутствии надлежащей теплозащиты), а также при устройстве льдогрунтовых ограждений. Кроме того, при расположении здания в зоне распространения вечномерзлых грунтов мерзлое состояние основания при; строительстве по принципу I существует до начала строительства.

2. Для мерзлых оснований весьма опасным; является их оттаивание, в результате чего грунты испытывают большие неравномерные деформации. Одним из эффективных, а в ряде случаев единственно возможным способом! стабилизации деформаций оттаивающих оснований может являться инъекционное закрепление, реализуемое с помощью метода гидроразрыва. Оттаивание высокотемпературных пластичномерзлых связных грунтов в этом случае будет происходить вследствие тепла внедренного раствора и его экзотермии, а осадки оттаивания; компенсироваться за счет объема инъекции.

3: Лабораторные исследования, проведенные на малых образцах, показали, что цементные растворы с добавкой хлористого кальция -наиболее распространенного и дешевого материала - обеспечивают наибольшее тепловыделение и, следовательно, максимальное оттаивание мерзлого грунта вблизи растворного образования. Более низкая прочность последнего по сравнению с растворами при других добавках не имеет решающего значения в случае нахождения растворной линзы в массиве основания.

4. Теплофизические расчеты оснований при фазовых переходах грунтовой влаги в спектре отрицательных температур могут выполняться с помощью программного? комплекса «Termoground», входящего в пакет НЕМ models. Изменения теплофизических параметров грунта при этом; принимаются на основе модели Н.А.Цытовича и Я.А.Кроника. При; моделировании; разогрева основания за счет экзотермии внедренного раствора в первом приближении; допустима схематизация графика тепловыделения? в виде простейших линейных функций.

5; Для осуществления инъекции в низкотемпературные потенциально оттаивающие основания последние должны быть подготовлены с помощью подогрева. Численное моделирование показывает, что для промороженных оснований холодильников наиболее эффективен подогрев оснований с помощью глубинных трубчатых нагревателей. Отвод образующейся при оттаивании основания; воды в течение всего срока деградации мерзлых грунтов будут выполнять заполненные крупнозернистой засыпкой скважины нагревателей.

6. Неодномерность промерзания . оснований, а также различное пространственное положение нагревателей и инъекционных скважин не позволяет произвести аналитическую оценку разогрева и оттаивания- грунта даже в самом грубом приближении, что заставляет использовать компьютерные расчеты при трехмерном! моделировании системы «сооружение - источники нагрева, включая экзотермию внедренного раствора — мерзлое (оттаивающее) основание».

7. Полевые эксперименты показали, что гидроразрыв связных грунтов при их температуре - 0,7°С и выше достигается при давлениях до 10 атм. Осуществить гидроразрыв грунта при более низких температурах (- 1,5. - 1,7°С °) не удается! даже при пиковых значениях давлений в 35 атм. Для инъекционного закрепления низкотемпературных потенциально оттаивающих оснований последние должны обязательно подогреваться.

8. Грунт в окрестностях внедрения цементного раствора после оттаивания снижает деформативность. В ходе эксперимента для грунта при расстоянии от цементной линзы на 30.40 см отмечается повышение модуля деформации примерно в два раза. Предельное давление на штамп для незакрепленного грунта в опытах составило 1,875 кг/см , для заинъектированного грунта оно превысило 2,5 кг/см и в ходе испытаний достигнуто не было. Таким образом, инъекционное закрепление мерзлого грунта ведет и к увеличению его прочности в окрестностях инъекции после оттаивания.

9. При практической инъекции мерзлых оснований для различных фаз процесса целесообразно использование разных добавок к цементным растворам. Для обеспечения максимального разогрева и оттаивания мерзлых грунтов следует использовать растворы с добавкой хлористого кальция. В то же время для приготовления обойменного раствора необходимо применение добавок, выделяющих малое количество тепла при твердении. Такой добавкой, обеспечивающей значительную прочность раствора, что имеет большое значение при инъекции через забой скважины, является распространенная в петербургской практике добавка ЛИИЖТа. V J

1. К вопросу о мерзлотной службе/Юснования, фундаменты и механика грунтов. 1988. № 5.

2. Хрусталев Л.Н., Пустовойт Г.П., Емельянова Л.В. Надежность и долговечность оснований инженерных сооружений на вечномерзлых грунтах в условиях глобального потепления климата// Основания, фундаменты и механика грунтов. 1993. № 3.

3. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Стройиздат. Л.О. 1988.

4. Мелкозаглубленные фундаменты сельских зданий на пучинистых грунтах. ЦНИИЭПсельстрой. М. Вып. 2.1985.

5. Рекомендации по проектированию и расчету мелкозаглубленных фундаментов сельских зданий на пучинистых грунтах. НИИОСП. 1985.

6. Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах. (ВСН 29 — 85). Минсельстрой СССР. 1985.

7. Анненков В.П., Трофимов А.С. Оттаивание грунта под зданиями холодильников точечными источниками обогрева//Холодильная техника. 1982. №5.

8. Файнштейн В.А., Лифанов Б.В. Меры по предотвращению деформаций конструкций зданий холодильника//Холодильная техника. 1981. №9.

9. Дементьев А.И. Деформации зданий, вызванные мерзлотными процессами и их ликвидация. М. Стройиздат. 1967.

10. Сахаров И.И. Физикомеханика криопроцессов в грунтах и ее приложения при оценке деформаций зданий и сооружений. Дисс. д.т.н. Пермь. 1995.

11. Некрасов И.А. Вечна ли вечная мерзлота? М; Недра. 1991.

12. Musorin A.V., Podoliak S.P. Deformation of Dwelling Building was Raising on Permafrost Soils by Principe I on Example Chita City. Fifth-International Symposium on Permafrost Engineering. 2 4 September 2002. Yakoutsk.

13. Torgashov V.V., Alekseeva I.P. To the Problem of Stability of Buildings in Conditions of Permafrost Degdradation and Seismic Influance. Fifth International Symposium on Permafrost Engineering. 2 4 September 2002. Yakoutsk.

14. Пилайнен Дж. А. Строительство фундаментов зданий на постоянномерзлых грунтах долины реки Маккензи в северо-западных территориях Канады//Мерзлые породы Аляски и Канады. ММ958.

15. Цытович Н. А., Сумгин М.И. Основания механики мерзлых грунтов. Из-дво АН СССР, М: Л. 1937.

16. Жуков В.Ф. Предпостроечное протаивание многолетнемерзлых горных пород при возведении на них сооружений. Mi АН СССР, 1958.

17. Бойко И.В. Физико-химическое оттаивание всчномерзлых грунтов// Физико-химические процессы в промерзающих грунтах и способы управления ими. НИИ оснований и подземных сооружений. М. 1974.

18. Основания и фундаменты. Часть 2. Основы геотехники. Под ред. Б.И.Далматова. М. СПб. 2002.

19. Руководство по технологии физико-химического укрепления промерзающих и оттаивающих грунтов. НИИОСП. М. 1977.

20. Сахаров И.И., Аббуд М; Экспериментальные исследования закрепления крупноразмерных образцов грунтов высоконапорной инъекцией/Докл. 57 научн. конф. СПбГАСУ. Ч. 1. 2000.

21. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. М. 1973.

22. Экспериментальные исследования инъекционного льдовыделения в дисперсных порадах// Э.Д.Ершов и др. //Геокриологические исследования. М. МГУ. 1986.1. V-/5

23. Шугалей Р.Т. Специальные вопросы закрепления грунтов в гидроэнергетическом строительств на Севере//ИМГТ 88. Мат-лы конф. и совещ. по гидротехнике. Л. 1989.

24. Запорожец И.Д., Окороков С.Д., Парийский А.А. Тепловыделение бетона. JI. — М: 1966.

25. Зарецкий Ю.К. Вязко-пластичность грунтов и расчеты сооружений. М. 1988. •

26. Tomlinson M.J. Foundation desighn & construction. NY. 1995.

27. Геотехнические вопросы освоения Севера. М. Недра. 1983.

28. Оловин Б.А. Фильтрационная проницаемость вечномерзлых грунтов. Новосибирск. Наука. 1993.

29. Бакулин Ф.Г. Льдистость . и осадки при оттаивании многолетнемерзлых четвертичных отложений Воркутинского района. М. АН СССР. 1958.

30. Довнарович С.В. Упрочнение основания жесткими элементами, разрушающимися под нагрузками на основание. Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении. Т. 1. НИИОСП. М. 1987.

31. Запорожец И.Д., Окороков С.Д., Парийский А.А. Тепловыделение бетона. Л. М. 1966.

32. Мурадов Э.Г. Материаловедение для арматурщиков, бетонщиков, плотников. М. Высшая школа. 1990.

33. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. М. Стройиздат. 1975.

34. Второй международный симпозиум по зимнему бетонированию. Генеральные доклады, дискуссия. Ml Стройиздат. 1978.

35. Гныря А.И. Технология бетонных работ в зимних условиях. Томск. 1984.

36. Елисеев О.Н; Теория и практика бетонирования в экстремальных природно-климатических условиях. ПВВИСУ. 1996.

37. Аббуд М. Геотехническое обоснование стабилизации осадок фундаментов с помощью инъекционного закрепления грунтов. Автореферат диссертации канд. техн. наук. СПбГАСУ. 2000.

38. Ли Ф.М. Химия цемента и бетона. М.,Госстройиздат. 1961.2.9: Мягков А.Т. Определение теплоты гидратации портландцемента в бетонах с ускорителем твердения//Бетон и железобетон. 1963, № 12.

39. Герасимов И.Д., Котловой А.Т., Неймарк Л.И. Конструкции сооружений в районах БАМа. Л. Стройиздат. 1983.

40. Сахаров И.И., Аббуд М. Экспериментальные исследования закрепления крупноразмерных образцов грунтов высоконапорной инъекцией/Докл. 57 научн. конф. СПбГАСУ. Ч. 1.2000.1. Глава 3.

41. Фадеев А.Б., Сахаров И.И. О восстановлении аварийного тоннеля метро с помощью криогенной технологии/Проблемы расчета и усиления зданийсооружений, находящихся в зоне больших неравномерных осадок оснований. Рос. инж. академия. СПб. 1996.

42. Сахаров И.И., Парамонов В.Н., Кудрявцев С.А., Шашкин К.Г. Расчет9 процесса оттаивания в промерзающих грунтах. Фундаментостроение в сложных инженерно-геологических условиях. Труды международного геотехнического симпозиума. СПб. 2003.

43. Цытович- Н.А., Зарецкий Ю.К., Григорьева В.Г., Тер-Мартиросян З.Г. Консолидация оттаивающих грунтов. Труды VI Международного конгресса по механике грунтов. Стройиздат. 1965.

44. Винников С.Д., Проскуряков Б.В. Гидрофизика. Л. Гидрометеоиздат. 1988.

45. Ершов Э.Д. Общая геокриология. М.: Недра. 1990.

46. Ши Д: Численные методы в задачах теплообмена. М.: Мир. 1988.

47. Инженерные изыскания для строительства. Составление прогноза изменений; температурного режима вечномерзлых грунтов, численными методами. РСН 67-87. Госкомитет РСФСР по делам строительства. 1987.

48. Павлов А.В-, Оловин Б.А. Искусственное оттаивание мерзлых породIтеплом солнечной радиации при разработке россыпей. Наука. Сиб. отд. АН 1 СССР. 1974.

49. ЗЛО. Comini G., Del Guidice S., Lewis R.W., Zienkiewich O.C. Finit elementsolution of non-linear heat conduction problems with special reference to phase ohftngo. "Inti Ji Num. Meth. Bngng". 8.1974.

50. Guidice Del S., Comini G., Lewis R.W.Finit element simulation of freezing process in soils. "Int. Ji Num. Meth. Geomech. 2. 1978.

51. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра. 1987.3113. Фадеев А.Б;, Прегер АЛ. Решение геотехнических задач методом конечных элементов. В 2 ч. Томск. 19931

52. Парамонов B.H., Сахаров И.И., Кудрявцев С.А. Расчет промерзания, пучения и оттаивания оснований малозаглубленных фундаментов. Доклады научной конференции.- БИТУ. СПб, 2002. С.87-91.

53. Цытович Н.А., Кроник Я.А., Лосева C.F. Теплофизические свойства грунтовых смесей; используемых при строительстве плотин в условиях Крайнего Севера.//Энер. стр-во. 1979. № 4:

54. Кроник Я.А. Термомеханические модели мерзлых грунтов! и криогенных процессов. — В кн; «Реология и инженерное мерзлотоведение». М.: Наука. 1982.

55. СПиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М. 1988.3;24. Конаш В.Е. Свайные фундаменты . в условиях островного распространения вечномерзлых грунтов. Л. Стройиздат. 1977.

56. Шестернев Д.М. проблемы строитеЗхьства и эксплуатация инженерных сооружений в пределах южной периферии криолитозоны в условиях глобального изменения климата./Реконструкция исторических городов; и: геотехническое строительство. Т.2. СПб. 2003.

57. Анненков В.Н., Трофимов А.С. Оттаивание грунта под зданиямихолодильников точечными- источниками обогрева//Холодильная техника. 1982. №5.

58. Файнштейн В.А., Лифанов Б.В. Меры по предотвращению деформаций конструкций зданий холодильника//Холодильная техника. 1981. № 9.

59. Черкашин В.А. Разработка мерзлых грунтов. JI. Стройиздат. 1977. •3.29. Железняк И.И. Методика обследования мерзлых оснований эксплуатируемых сооружений и восстановление их надежности. М. Ин-т экономики жилкомхозяйства. 1990.

60. Жуков В.Ф. Предпостроечное протаивание многолетнемерзлых горных пород при возведении на них сооружений. М. АН СССР. 1958.

61. Симагин В.Г., Блатков В.П. Защита одноэтажных холодильников от промораживания оснований. Петрозаводск. 1984.

62. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах. JI. Стройиздат. 1977.

63. Руководство по технологии физико-химического укрепления промерзающих и оттаивающих грунтов. М.: НИИОСП. 1977.

64. Гвоздев А.А. Температурно-усадочные деформации в массивных бетонных блоках. Изв. АН СССР. 1953. № 4:

65. Запорожец И.Д., Окороков С.Д., Парийский А.А. Тепловыделение бетона. JI. М. 1966.

66. Кульчицкий В.А., Макагонов В.А., Васильев М.Б., Чеков А.Н., Романков Н.И. Аэродромные покрытия. .Современный взгляд. М.: Ф/м литра. 2002.

67. Лабораторные методы исследования мерзлых пород. Под ред. Э.Д.Ершова. М.: МГУ. 1985.1. Глава 4.4Л. Экспериментальные исследования инъекционного льдовыделения в дисперсных порадах// Э.Д.Ершов и др. //Геокриологические исследования. М. МГУ. 1986.

68. Быков Н.И., Каптерев П.Н. Вечная мерзлота и строительство на ней.М.: Трансжелдориздат. 1940.

69. Сахаров И.И., Аббуд M. Экспериментальные исследования закреплениякрупноразмерных образцов грунта высоконапорной инъекцией/Докл. 57научн. конф. СПбГАСУ. Ч. 1.2000.4.4; Черкашин В.А. Разработка мерзлых грунтов. JI. Стройиздат. 1977.

70. СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

71. Сахаров И.И., Захаров А.Е. Перспективы методов усиления оснований архитектурных памятников севера и Сибири//Реконструкция городов и геотехническое строительство. Интернет-журнал № 4,2001.

72. Захаров А.Е. Исследование температурных полей в мерзлых грунтах, контактирующих с твердеющими растворными прослойками./Сб.тр. 59 научной конф. СПбГАСУ, 2001.

73. Ю.Парамонов В.Н., Сахаров И.И.', Кудрявцев С.А. Расчет промерзания, пучения и оттаивания; оснований; малозаглубленных; фундаментов. Доклады научной конференции.- ВИТУ. СПб, 2002. С.87-91.

74. Г.Сахаров И.И., Шашкин К.Г. Парамонов BiH., Кудрявцев С.А. Проблемы возведения наклонных; ходов; метрополитена в плотно застроенныхгородских райоиахПеч.Труды международной конференции. Тула, ТПУ,- 2002: сЛ .