автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Особенности работы микросвай в пробитых отверстиях, изготовленных с помощью пневмопробойников

~ Мр 2000

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

На правах рукопису

УДК624. 131

ОСОБЛИВОСТІ РОБОТИ МІКРОПАЛЬ У ПРОБИТИХ СВЕРДЛОВИНАХ, ВИГОТОВЛЕНИХ ЗА ДОПОМОГОЮ ПНЕВМОПРОБІЙНИКІВ

Спеціальність: 05.23.02 - Підвалини та фундаменти

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ХАРЧУК Олександр Михайлович

ДНІПРОПЕТРОВСЬК - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка, Міносвіти України.

Науковий керівник — доктор технічних наук, професор

Зоценко Микола Леонідович, Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, завідувач кафедри основ та фундаментів.

Офіційні опоненти — доктор технічних наук, професор

Сєдін Володимир Леонідович,

. Придніпровська державна академія

будівництва та архітектури, професор кафедри основ та фундаментів.

— кандидат технічних наук Шокарев Віктор Семенович, Запорізьке відділення державного науково-дослідного інституту будівельних конструкцій, директор.

Провідна установа — Одеська державна академія будівництва і

архітектури, кафедра механіки грунтів та надійності споруд, Міносвіти України, м.Одеса.

Захист відбудеться "•{&" 9 2000 року о /З*- годині на

засіданні спеціалізованої вченої ради Д.08.085.01 у Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (ПДАБА) за адресою:

49600, м. Дніпропетровськ, вуя. Чернишевського, 24а, ауд.202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою:

49600, м.Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.

Автореферат розісланий "2- " И*О/7ого2000 р.

Вчений секретар .

спеціалізованої вченої ради / ' Баташева К.І

/

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сьогодні пишається актуальною проблема будівництва та забезпечення надійної експлуатації споруд у складних інженерно-геологічних умовах. На Україні майже 400 тис. хм2 представлені просадочними та слабкими грунтами. У таких умовах використання фундаментів у пробитих свердловинах (ФПС), що належать до класу фундаментів, які споруджуються без виймання грунту, дозволяє розв'язати проблему влаштування ефективних конструкцій. Крім цього, з їх застосуванням вирішуються питання скорочення об'ємів земляні« робіт, зменшення трудових і матеріальних витрат, що є одним з найбільш перспективних та економічно виправданих шляхів підвищення ефективного використання ресурсів у будівництві.

Але при реконструкції будівель, поблизу існуючих споруд і комунікацій використання традиційних методів виготовлення ФПС, наприклад за допомогою обладнання на тракторі Т-150, неможливе через ного габарити і значну динамічну дію на основу. У цьому разі можна застосувати виготовлення мікропаль у пробитих свердловинах за допомогою пневмопробійників. Особливістю цих конструкцій і методу є можливість втрамбовування в основу щебеню або жорсткої бетонної суміші для утворення розширень. Несуча здатність мікропаль при цьому значно підвищується.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках “Програми кафедри Основ та фундаментів Полтавського державного технічного університету' ім. Юрія Кондратюка вивчення ефективних фундаментів ущільнення".

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка методів розрахунку та зведення фундаментів на мікропалях з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу', влаштованих за допомогою пневмопробійників, та впровадження в практику проектування та будівництва результатів досліджень.

Для досягнення зазначеної мети поставлені наступні задачі.

- дослідити умови формування за допомогою пневмопробійників розширення у нижній частині падь в залежності від параметрів устаткування, розмірів одиничних порцій жорсткого матеріалу, його загального об'єму, ступеня вологості грушу;

- натурними дослідженнями фундаментів встановити залежності зміни фізико-механічних характеристик грушу в межах "зони впливу" мікропаль, що розглядаються;

- за результатами статичних випробувань дослідних мікропаль встановити вплив різних факторів на їх несучу здатність за дії осьового

вдавлюючого навантаження;

- шляхом використання нелінійних рішень механіки грунтів та методу скінченних елементів дослідити розподіл напруг і деформацій в основі одиночної мікропалі при її влаштуванні і роботі під навантаженням, а також зміну фізико-механічних характеристик грунту довколопальового простору при утворенні порожнини під палю;

- розробити практичні рекомендації з проектування та виготовлення розглянутих фундаментів та впровадити їх при будівництві та реконструкції споруд.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

- уточнена методика визначення параметрів розширень і ущільнених зон мікропаль, яка враховує властивості грунту та особливості технології влаштування мікропаль за допомогою пневмопробійників;

- розроблена методика визначення розмірів зони ущільнення та фізико-механічних характеристик грушу' в ній шляхом числового моделювання утворення свердловини під мікропалю;

- досліджені особливості поведінки глинистого грунту в умовах підвищених тисків та різної швидкості завантаження на прикладі випробувань компресійних та на пряме зрушення;

- удосконалений динамічний метод визначення несучої здатності мікропаль з розширенням, сформованих за допомогою пневмопробійників.

Практичне значення одержаних результатів________________полягає в

удосконаленні технології виготовлення за допомогою пневмопробійника мікропалі з розширенням у нижній частині із жорсткого матеріалу; розробці пропозицій з проектування та будівництва таких фундаментів; впровадженню результатів досліджень у практику будівництва. Результати досліджень використані у ТОВ "Багатопрофільна фірма “Бірюза" (м.Полтава) при проектуванні та зведенні фундаментів на двох об'єктах, що дозволила скоротити витрати матеріалів та енергоресурсів на 60%.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- проведенні експериментальних досліджень залежностей параметрів розширення та зони ущільненого грушу, визначенні несучої здатності мікропаль з розширенням;

- аналізі експериментальних даних та встановленні відповідних залежностей для розрахунку мікропаль з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу;

- розробці методики складання вихідних даних до рішення пружно-пластичної задачі дня оцінки напружено-деформованого стану системи "мікропаля - основа" методом скінченних елементів, а також розрахунку характеристик грунту' і параметрів зони ущільнення;

з

- розробці методики визначення несучої здатності та контролю виготовлення мікропаль з розширенням у нижній частині шляхом їх динамічних випробувань;

-впровадженні результатів досліджень у практику проектування та будівництва. -

Апробація результатів дисертації. Основні положення досліджень доповідалися на:

1. Міжнародній науково - технічній конференції “Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди.” (Рівне, жовтень 1996 р.)

2. III Українськійй науково-технічній конференції з механіки грунтів і

фундаментобудування. (Одеса, вересень 1 997 р.) '

3. Симпозіумі Буд-Експо-98. (Одеса, лютий 1998 р.)

4. 48-51 наукових конференціях професорів, викладачів, наукових робітників, аспірантів та студентів Полтавського державного технічного університету. (Полтава, 1996-1999 рр.)

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 друкованих робіт.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури і додатків. Повний обсяг робота складає 185 сторінок, в тому числі 121 сторінка машинописного тексту, 45 рисунків, 18 таблиць, список використаної літератури із 156 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ї

У вступі обгрунтована актуальність, наукова новизна та практична цінність роботи, подана її загальна характеристика.

У першому розяілі проаналізовано сучасний стан використання пневмопробійників у фундаментобудуванні, області застосування мікропаль і паль невеликих перетинів, ефективності фундаментів з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу, методів досліджень параметрів розширення та зон ущільненого грунту, нелінійних методів оцінки напружено-деформованого стану (НДС) системи “основа - фундамент". Сформульовані мета та задачі досліджень. ,

Дослідження роботи пневмопробійників та впровадження їх в практику фундаментобудування виконували Бартоломей А.О., Бронін В.М., Буланкін Н.Ф., Григоращенко В А., Далматов Б.І., Догаданло А.І., Кершенбаум НЛ„ Ковальов О.С., Козаков Ю.М., Козлов ВА., Коновалов П.О., Костильов АД., Крутов В.І., Лапшин Ф.К., Мар-ковська В.Ї., Рсдков В.І., Савінов О.В., Уліцький А.М., Янковський Л.В. та інш. В результаті аналізу встановлено, що застосування

пневмопробійників при спорудженні фундаментів є досить ефективним та економічно виправданим.

Впровадженню в практику будівництва набивних паль та фундаментів з розширенням у нижній частині сприяли Аліконіс А., Біда С.Б., Багдасаров ЮА., Бартоломей А.О., Винников ЮЛ., Вихорев О.К., Власов Ю.В., Гергель О .М., Глухов B.C., Гольдфельд I.3., Готман АЛ., Григорян А А., Догадайло АЛ., Зоценко МЛ., Крутов B.I., Лапшин Ф.К., Омельченко П.М., Петраков О.О., Рабинович І.Г., Сальников БА., Слюсаренко CA., Швець В.Б., Югай О.К. та інш. При влаштуванні довкола набивних паль формується “область впливу", що має декілька концентричних зон, основною з яких є зона ущільненого грушу. В її межах грунт має щільність складу вище природної. При завантаженні фундаменту зона ущільнення працює спільно з ним і в значній мірі визначає (НДС) системи "основа-фундамент". При створенні розширення у паль в роботу залучається більший об'єм грунту основи, чим підвищується несуча здатність фундаменту.

Для визначення НДС системи "основа-фундамент" доцільно використовувати рішення нелінійної механіки грунтів. Дослідженням у цій області присвячені роботи Бойка І.П., Бугрова А.К., Вялова С.С., Вінохурова Є.Ф., Гольдіна АЛ., Дідуха І., Зарецького Ю.К., Малишева М.В., Мурзенка Ю.Н., Ніколаєвського В.Н., Пілягіна А.В., Соловйова Ю.І., Строганова A.C., Фадеева А.Б., Шапіро Д.М., Швеця В.Б., Школи О.В. та інш.

Мікропалі з розширенням у нижній частині із втрамбовоного жорсткого матеріалу, виготовлені за допомогою пневмопробійника ефективні при підсиленні фундаментів, спорудженні паль поблизу існуючих споруд, для усунення просадочних властивостей грунту шляхом його ущільнення та армування, ' на віддалених будівельних майданчиках з невеликими об'ємами робіт та в інших випадках. Необхідно розробити методи проектування та будівництва цих конструкцій.

Другий розділ присвячено експериментальним дослідженням спільної роботи з грунтом мікропаль з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу.

Технологічна схема виготовлення зазначених конструкцій наведена на рнс.1.

Польові дослідні роботи виконувалися на чотирьох дослідних майданчиках, що складені глинистими грунтами.

З'ясовано, що несуча здатність мікропалі на осьове вдавлююче навантаження збільшується з ростом об'єму розширення за квадратичною функцією при коефіцієнтах кореляції /=0.960...0.980.

За результатами розкопів мікропаль та їх натурних обмірів уточнені залежності формування параметрів розширень. Вони відрізняються від аналогічних залежностей для ФПС урахуванням менших розмірів конструкцій та особливостей роботи устаткування. Співвідношення висоти розширення нижче вістря палі до радіуса розширення можна встановити за залежністю:

у

г)=^Ьг / гЬг ~

де Й0= 1,04; Усг - об'єм щебеню в розширенні, м3; - коефіцієнт

ущільнення грунту; крр - коефіцієнт лінійного рівняння, що

визначається за формулою:

к№ =а0 +а1 -5Г, (2)

де йо=0,82; £^=-0,94 при коефіцієнті кореляції 7=0,99; межі застосування формули (2): глинисті грунти з показником текучості /¿<0,5;

¿¿д-коефіцієнт, для пневмопробійннка діаметром корпусу 130 мм та

Рис. 1 Процес улаштування за допомогою пневмопробійннка мікропалі з розширенням у нижній частині: а) пробивання свердловини; б) засипання порції щебеню; в,г) формування розширення; д) бетонування ствола; е) виготовлена мікропаля; 1 - пневмопробійник, 2 - свердловина, З - розширення, 4 - порція щебеню, 5 - бетон, 6 - сівол, 7 - ростверк, 8 - установка спрямування руху пневмолробійника, 9 - компресор, 10 - повітряний шланг

б

^сг,/>0.0027 м3 визначається за рівнянням:

Висота розширення вище вістря палі розраховується за залежністю:

Із застосуванням пенетраційного методу досліджені властивості грунтів зони впливу та параметри зони ущільнення у мікропалі з розширенням. Результати досліджень наведено на рис.2, З, 4. Модуль деформації максимального значення (у 2,5-3 рази вище природного) набуває біля поверхні палі (ядра) і зменшується з віддаленням від неї за параболічним законом. Встановлено, що діаметр зони ущільнення можливо розрахувати за допомогою загальної залежності проф. МЛ.Зоценка для циліндричних фундаментів з розширенням, що споруджені без виймання грунту.

У третьому розділі викладені результати числового моделювання роботи мікропаль з розширенням. У розрахунках використана пружно-пластична модель грунту з застосуванням числового методу скінченних елементів, що реалізовано у проірамі ЮЛ.Винникова "РЇІІХ-РіІе" для ПЕОМ. Даний підхід дозволяє враховувати реальні розміри і конфігурацію штучно створених в основі включень, наприклад розширень, що влаштовані втрамбуванням щебеню або іншого жорсткого матеріалу, неоднорідність трушу, інше.

Моделювання виконується на двох етапах: 1) утворення свердловини з витісненням і ущільненням навколишнього грунту; 2) робота цієї деформованої системи під статичним навантаженням. Передбачена фізична та геометрична нелінійнісгь розрахунку, що дозволяє визначати фізико-механічні характеристики грунту довколопальового простору при його деформуванні. При прикладенні навантаження до скінченних елементів відбувається зміна їх об’ємів, грунт набуває ущільнення. Через експериментальні залежності модуля деформації та коефіцієнта пористості від об'єму грушу розраховуються наведені коефі-цієнт пористості і модуль деформації у кожному скінченному елементі.

(5)

Радіус розширення визначається за формулою:

о

20

40

60

00

100

120

140

160

180

200

, 2

N V .0

* ”1.50 .Я- 1=1,48

/ ь-іх. 1~Ь і \\'~ 8,1% -0,1 .0,2 «

,50 1,48

1 *Л 1 і. 1 і 18,7 -0,1 -0,2 П

•у Ь V

А Л 1,46 1,44

/и IX 1- 23,0 -0,1 _ 0,2 0

1,47 1,45

і 1..1 4-. 1 і і 23,5 -0,1 -0,2 (1

1,48 1,46

¿V / 1 І Л. 1 23,8 _0,1 -0,2

Визначення межі зони ущільнення у гі з розширенням за результатами

Питомий опір пенетрації Я, МПа.

пористості е грунту довколопальового простору мікро-палі з розширенням та визначення межі зони достатнього ущільнення (/>¿=1,55 ,т/м3): 1-експериментальні дані, 2-результати моделювання

Властивості грунтів, що використовуються при моделюванні, визначаються за стандартними лабораторними методами досліджень (компресійними - у широкому діапазоні часу витримки кожного ступеня навантаження: від кількох секунд ("швидке" деформування) до умовної стабілізації деформацій ("повільне“) та діючих напруг: від десятих долей до кількох МПа і на пряме зрушення - у широкому діапазоні нормальних напруг: від 0,05 до кількох МПа). При утворенні порожнини використовуються результати "швидкого" компресійного деформування трушу, а при завантаженні палі - "повільного".

Підтверджено, що зменшення об'єму грушу відбувається за рахунок зменшення його пористості, а залежність модуля деформації від об'єму грунту V, на ¿тому ступені навантаження описується логарифмічною функцією (запропонована Ю Л.Винниковим):

Еі 1 .

тг -1 +а0 •Іп

А>

1У,/У»-ЬЛ

1-й ■ (6)

де Бо та У@ - модуль деформації та об'єм зразка груніу при початковому ступені навантаження; 0#, ¿¡% - емпіричні коефіцієнти.

Наприклад, для важкого пилуватого супшнку природної вологості И^0,24 з коефіцієнтом пористості е=0,86, у якому проведені натурні дослідження мікропаль, коефіцієнти в формулі (6) мають значення:

- при "швидкому" (¿1/=15 секунд, і хвилина) прикладенні ступенів навантаження: £¿>=-16,129; £¿=0,615 при коефіцієнтах кореляції /=0,949 і варіації *-=0,086;

- при “повільному" (АГ=1 година та до умовної стабілізації деформації) прикладенні ступенів навантаження: %=-2,336; ^ =0,781 при коефіцієнтах кореляції 7=0,953 і варіації ^=0,080,

Приклад зміни фізичних характеристик грушу довкола свердловини та визначення межі зони достатнього ущільнення за даними моделювання наведений на рис. З, зміни модуля деформації Е грунту навколопальового простору - на рис.4. Розраховані характеристики грунту при влаштуванні фундамешу є досить близькими до експериментальних, що дає підставу використовувати їх у якості вихідних даних для дослідження роботи мікропалі під навантаженням.

Приклад розвитку ізобар аг та розпорів ог у грунті за даними моделювання влаштування свердловини наведено на рис.5 та 6. При виготовленні мікропалі нормальні напруги у грунті розвиваються переважно в радіальному напрямку, куди відбувається витіснення грунту, а при експлуатації - у вертикальному, як протидія прикладеному до

Відстань від ЗО 20

Відстань від центру свердловини, си.

центру свердловини, іо о То ?о

Е=І

(X)

<*

№

ж

я1

§

■^1

сх

Ес

X

Й1

і*

м

г‘

, г

[ ил. Ч:

Т'Т ії А- ] і

і

>1 —г ПТ‘ 1

шЛ—Л,

1Т1Ж X ~гЛг Iі !

^ ОТЕ -А- "І/_ Т~Т'

р- і 2І~

І £ о

<3

Ьа

<г

З 35» Ф1

*€г

о

"Ш

03

0^

рв

_го

'з:

гз

Рис. 4. Приклад зміни модуля деформації Е грунту довкола свердловини: 1 - експериментальні дані; 2 - результати моделювання

Рис. 5. Приклад розвитку ізобар ст 2$ кПа, у грунті на останьому кроці моделювання утворення свердловини під: а)мікропалю; б) мікропалю з розширенням

Рис. б.Пршслад розвитку розпорів о-л кПа, у грунті на останьому кроці моделювання утворення свердловини під: а) мікропалю; б) мікропалю з розширенням

мікропалі навантаженню. При роботі мікропалі максимальні напруги в основі виникають при наближенні навантаження до граничного, при цьому, в порівнянні з влаштуванням свердловини, іх значення зменшуються у 2-Ю разів.

Оцінено характер залежностей "осідання-навантаження" для мікропаль

з різним об'ємом розширення, що зображено на рис.7.

Вертикальне осьове навантаження на палю /у, кН.

*

ся

<й

с

о

о.

X

2

а

Е

г

«й

о

о

Рис, 7 Залежності "осідання - навантаження” для мікропаль, виготовлених за допомогою пневмопробійника, за даними статичних випробувань: 1-без розширення; 2-з розширенням об'ємом 1^0,021 м3; 3-1^=0,042 м3; 4-1^^0,0531?; 5- ^¿^=0,084 м* (об'єм одиничної порції щебеню всіх паль Уст, /=0,0105 м3); 1а, 2а, За, 4а, 5а - ге ж, за даними моделювання

Порівняння цих залежностей, отриманих дослідним і розрахунковим шляхом, показало задовільну збіжність результатів.

Четвертий розділ присвячений результатам впровадження мікропаль з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу.

Розроблені пропозиції з проектування фундаментів на мікропалях, виготовлених за допомогою пневмопробійників. Вони враховують розміри розширення та зон ущільненого грунту. Залежність останніх від умов улаштування мікропаль встановлена експериментально в результаті виконаних досліджень.

Удосконалена технологія виготовлення мікропаль за допомогою пневмопробійників, яка враховує підбір параметрів устаткування, об'єму одиничної порції щебеню і його загального об'єму. Сформульовані основні положення контролю якості виготовлення даних конструкцій та техніки безпеки під час проведення робіт.

Удосконалений динамічний метод визначення несучої здатності та контролю виготовлення мікропаль з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу, в основу якого покладено формулу

О.С.Голсзачова та емпіричний коефіцієнт, що за ступеневою функцією залежить від величини відносної ефективності витрат енергії пневмопробійника. Застосування методу дозволяє контролювати процес виготовлення мікропаль та влаштовувати рівномірну основу під всією будівлею. Згідно цього методу несуча здатність мікропалі визначається за залежністю:

„ бОЕя ук„

Ь—4-*-. т

**а

ДЄ -енергія одиничного удару пневмопробійника, кДж; у-частота ударів

машини, Гц; 8а -середній відказ пневмопробійника за хвилину роботи при втрамбовуванні контрольної порції щебеню, м/хв.; /^-емпіричний

коефіцієнт, що залежить від відносної ефективності витрат енергії пневмопробійника (60Е$у/ (8аР} ),де /}= 1 кН, несуча здатність палі в 1 кН), яка в свою чергу е функцією характеристик грунту (що впливають на долю використаної енергії та процес "відпочинку"), діаметра пневмопробійника та номера порції жорсткого матеріалу', визначається за залежністю:

І60ЕйулЬ

кр =а

ад

(8)

де а й ¿^-емпіричні коефіцієнти, для глинистих грунтів з показником текучості 1[<0,5 при замірених відказах 53=0,1-1,4 м/хв маємо: а=2,633; ¿=-0,408 при коефіцієнтах кореляції 0,904 та варіації у=0,087.

Розроблена методика визначення витрат енергоресурсів на влаштування мікропаль з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу. Вона ураховує енерговитрати на виготовлення будівельних матеріалів, конструкцій фундаментів, транспортні роботи, особливості виконання робіт. Питомі витрати енергоресурсів на влаштування мікропалі визначаються за формулою:

Еу =Е3Г3 +■ ЕвсУсе + + ЕасУс +ЕщУщ, (9)

де Е3, Еес, Емб,Еас, Ещ-птоиі витрати енергоресурсів відповідно

на земляні роботи, влаштування свердловини, виготовлення 1 м3 монолітного залізобетону, враховуючи перевезення його на об'єкт, виготовлення 1 кг сталі та виготовлення з неї арматури та закладних діталей залізобетонних конструкцій, враховуючи доставку їх на об'єкт, виготовлення та доставку на об'єкт І м3 щебеню, кг.ум.п.;

У3,Усв,У^ ,УС /Рц-відповідно об’єми земляних робіт, свердловини, м3;

маса сталі та закладних діталей, кг; об'єми монолітного залізобетону та щебеню у фундаменті, м3.

У результаті впровадження мікропаль, виготовлених за

допомогою пневмопробійника, замість ФПС при спорудженні

фундаментів цеху розливу АТ "Полтавапиво" економія склала: бетону класу ВІ5 - 29,0 %, щебеню гранітного - 92,1 %, арматури - 52,7 %, енергоресурсів - 8,2 %, при цьому питома несуча здатність матеріалу фундаменту зросла у 7,5 разів.

4 ОСНОВНІ ВИСНОВКИ:

1. Набивні мікропалі, виготовлені за допомогою пневмопробійників, характеризуються наявністю "області впливу", що включає в себе кілька зон. При цьому головною є зона ущільненого грунту. Вона працює разом з палею і визначає міцність та деформагнвність системи "основаміхропаля". Завдяки особливостям устаткування ці палі ефективно використовувати при реконструкції будівель, поблизу існуючих споруд і комунікацій, в умовах обмеженого простору.

2. Польовими дослідженнями виявлено, що несуча здатність мікропалі збільшується за квадратичною функцією із зростанням об'єму жорсткого матеріалу в розширенні. Оптимальним є діаметр розширення, що не перевищує двох діаметрів ствола мікропалі. З подальшим його зростанням

відбувається продавлювання щебеневого розширення бнтонним стовбуром палі.

3. Для проектування уточнена методика розрахунку розмірів розширень, яка враховує параметри устаткування, характеристики жорсткого матеріалу, його об'єм та кількість засипок, фізичні властивості грунту. Параметри зони ущільнення оцінюються загальною формулою (в залежності від куга внутрішнього тертя грунту та діаметра палі) проф. МЛ.Зоценка для фундаментів, що споруджені без виймання грунту.

4. Виконана оцінка напружено-деформованого стану системи "мікропаля - основа" з використанням пружно-пластичного рішення осьосиметричної задачі методом скінченних елементів, яке дозволяє визначати фізико-механічні характеристики грунту довколопальового простору при його деформуванні,

5. Запропонована методика підготовки вихідних даних для числового моделювання з використанням результатів стандартних лабораторних методів досліджень, компресійних і на пряме зрушення: у широкому діапазоні нормальних і дотичних напруг при різних швидкостях прикладення навантаження. Моделюванням утворення свердловини і розширення встановлено, що зміна фізико-механічних властивостей грунту зони ущільнення відбувається за криволінійними залежностями, близькими до експериментальних. За результатами моделювання визначені межі зон ущільнення у мікропалі. Вони подібні експериментальним. Порівняння трафіків "навантаження-осідання", отриманих дослідним і розрахунковим шляхом, показало їх задовільну збіжність.

б.Числовим моделюванням оцінено характер виникнення і розподілу напруг і деформацій в основі. При виготовленні мікропалі нормальні напруги у ірунті розвиваються переважно в радіальному напрямку від осі палі, куди відбувається витіснення грунту, а при експлуатації - у вертикальному, як протидія вдавлюючому навантаженню. При роботі мікропалі максимальні напруги в основі виникають від граничного навантаження; в порівнянні з влаштуванням свердловини, ці напруги менші у 2 - 10 разів.

7. Проведена оцінка використання вібродинамічного методу

О.С.Головачова для контролю несучої здатності мікропаль, виготовлених за допомогою пневмопробійника. Установлені величини відказів для глинистих грунтів, а також коригуючий коефіцієнт, що залежить за ступеневою функцією від відносної ефективності витрат енергії пневмопробійника.

8. Результата роботи впроваджені в практику будівництва у вигляді пропозицій з проектування фундаментів на міхропалях, що враховують особливості формування розширення для даної технології, а також роботу грунту за бічною поверхнею розширення і над ним; технологічних схем улаштування мікропаль; методики визначення енерговитрат на

виготовлення мікропаль з розширенням; доведена економічність

застосування цих конструкцій.

СПИСОК ДРУКОВАНИХ РОБІТ

1.Винников ЮЛ., Харчух О.М. До інтерпретації результатів

різношвидаісних компресійних випробувань глинистих грунтів при підвищеному тискові // Збірник наукових праць (галузеве

машинобудування, будівництво)/ Полт. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка.- Віш. 2.- Полтава: ПДТУ ім. Юрія Кондратюка, 1998.-с.61-69. (Проведення експериментів, обробка їх результатів).

2. Харчук О.М., Передерій В.М. Динамічний метод контролю несучої здатності набивних паль, виготовлених за допомогою пневмопробійника// Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво)/ Полг. держ. техн. ун-т ім. Юрія Кондратюка.- Вип. 3.- Полтава: ПДТУ ім. Юрія Кондратюка, 1998.- с.97-101. (Розробка динамічного метод}7 контролю виготовлення та визначення несучої заданості мікропаль з розширенням).

3.Винников Ю.Л., ХарчукА.М. Численное моделирование пробивки пневмопробойником скважин под микросваи (/ Збірник наукових праць (будівництво, розробка корисних копалин, металургія) / Донбаський гірнично-металургійний институт.- Вип. 9.- Алчевськ: ДГМІ, 1999.-С. 182- і 85. (Підготовка вихідних даних до моделювання).

4.Передерій В.М., Харчук А.М. Застосування у сільському будівництві набивних мікропаль з розширенням//Науковий вісник будівництва.- Харків, ХДТУБА, ХОТВ АБУ.- 1997.- Ш.-с. 113-114. (Розробка рекомендацій по улаштуванню мікропаль з розширенням за допомогою пневмопробійннків).

5.Харчук А.М. Параметры уширений и зон уплотненного ірунта у

набивных свай, устроенных с помощью пневмопробойника // Механика грунтов и фундаментостроение: Труды 3 Украинской научно-технической конференции по механике грунтов и фундаментостроению.-Одесса, 1997.-Том 2.- с.332-333. У

6. Харчук А.М. Опыт устройства оснований и фундаментов с использованием пневмопробойников // Материалы симпозиума Строй-Экспо-98.-Одесса, 1998.-с.48-49.

АННОТАЦИЯ

Харчук А.М. Особенности работы микросвай в пробитых скважинах, изготовленных при помощи пневмопробойников.- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 - основания и фундаменты.-

Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск. 2000.

Экспериментальными исследованиями на четырех опытных площадках, сложенных глинистыми грунтами, установлено, что несущая способность микросваи на осевую вдавливающую нагрузку повышается с увеличением объема уширення по квадратичной функции. Уточнены зависимости формования параметров ушнрения Их форма близка к эллипсоид»’ вращения, а вид зависит от объема единичных порций жесткого материала, его полного объема, степени влажности грунта, параметров пневмопробойника. С использованием пенетрационного метода исследованы свойства грунтов зоны влияния и параметры зоны уплотнения у микросван с уширением. Установлено, что диаметр зоны уплотнения можно рассчитать при помощи общей зависимости проф. НЛ.Зоценко для цилиндрических фундаментов с уширением, изготовленных без выемки грунта.

Напряженно-деформированное состояние системы "микросвая - основание" оценено с использованием упруго-пластического решения осеснмт метричной задачи на двух этапах: 1) образования скважины с вытеснением и уплотнением окружающего грунта; 2) работа этой деформированной системы под статической нагрузкой. Процедура моделирования предусматривает физическую и геометрическую нелинейность расчета, что позволяет определять физико-механические характеристики хрунта околосвайного пространства при его деформировании. При приложении нагрузки к конечным элементам происходит изменение их объемов, грунт уплотняется. По экспериментальным зависимостям модуля деформации и коэффициента пористости от объема грунта, которые определены в широком диапазоне давления и деформирования при различных скоростях приложения нагрузки, рассчитываются коэффициент пористости и модуль деформации в каждом конечном элементе.

Предложена методика подготовки исходных данных для обоих этапов моделирования по стандартным лабораторным методам исследований (компрессионным - в широкому диапазоне времени выдержки каждой ступени нагрузки: от нескольких секунд до условной стабилизации и действующих нагрузок: от десятых долей до нескольких МПа и на прямой сдвиг - в широком диапазоне нормальных напряжений: от 0,05 до несокольких МПа). Моделированием установлено, что изменение физико-

механических свойств грунта зоны уплотнения происходит по криволинейным зависимостям, близким к экспериментальным. По результатам моделирования определены границы зоны уплотнения у микросваи. Они подобны экспериментальным. Сравнение функций "осадка-нагрузка", полученных экспериментальным и расчетным путем, показало удовлетворительную сходимость результатов.

В ходе исследования напряженно-деформированного состояния системы "Микросвая с уширением - основание" оценен характер возникновения и распределения напряжений и деформаций в основании. При изготовлении микросваи нормальные напряжения в грунте развиваются преимущественно в радиальном направлении, куда происходит вытеснение грунта, а при эксплуатации - в вертикальном, как противодействие вертикальной вдавливающей нагрузке. Во время работы микросваи максимальные напряжения в основании возникают при предельной нагрузке, но в сравнении с устройством скважины их значения уменьшаются в 2 -10 раз.

Разработаны предложения по проектированию фундаментов на микросваях с уширением, изготовленных при помощи пневмопробойников. Они основаны на определении размеров уширения и зон уплотненного грунта. Зависимость последних от условий устройства микросвай установлена экспериментально в результате выполнейньис исследований.

Усовершенствована технология изготовления мйкросвай при помощи пневмопробойников, которая учитывает подбор параметров оборудования, объема единичной порции щебня и его общий объем. Сформулированы основные положения контроля качества изготовления данных конструкций и техники безопасности во время проведения работ.

Уточнен динамический метод определения несущей способности и контроля изготовления мйкросвай с уширением в нижней части из втрамбованного жесткого материала, в основе которого лежит формула A.C. Головачева и эмпирический коэффициент, который по степенной функции зависит от величины относительной эффективности расхода энергии пневмопробойника.

Разработана методика определения расхода энергоресурсов на устройство мйкросвай с уширением в нижней части, которая учитывает энергозатраты на изготовление строительных материалов, конструкций фундаментов, транспортные работы, особенности выполнения работ.

Ключевые слова: пневмопробойник, микросвая, уширение, несущая способность, зона уплотненного грунта, экспериментальные исследования, конечные элементы, динамические испытания, энергоресурсы

АНОТАЦІЯ

Харчук О.М. Особливості робота міхропаль у пробитих свердловинах, виготовлених за допомогою пневмопробійників.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 - підвалини та фундаменти.- Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 200Ô.

Удосконалена технологія виготовлення за допомогою пневмопробій-ника мікропаль з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу. Експериментально досліджені процеси формування розширення, зони ущільненого грунту; залежність несучої здатності мікропаль від об'єму розширення. Напружено-деформований стан системи "міхропаля-основа" оцінено з використанням рішення пружно-пластичної задачі за допомогою методу скінченних елементів. Характеристики грунту встановлені у кожному скінченному елементі на основі стандартних лабораторних методів його досліджень. Розроблені динамічний метод контролю виготовлення та визначення несучої здатності мікропаль, а також методика підрахунку енергоресурсів на їх виготовлення.

Ключові слова: пневмопробійник, мікропаля, розширення, несуча здатність, зона ущільненого грушу, експериментальні дослідження, скінченні елементи, динамічні випробування, енергоресурси.

ANNOTATION

Khartchuk О.М. Peculiarities of micropile behaviour in punched wells made by means of pneumatic puncher.- Manuscript.

Dissertation for the degre of Candidate of Technikal Sciences, speciality 05.23.02 - Basement and foundatijns.- The Pridnieprovsk State Academy of Construction and Architecture, Dnipropetrovsk, 2000.

The technological scheme of manufacturing of a micropile with windening at the low part made af a tamped rigid material arranged -with the help of pnevmatic puncher is developed. The process of windening, zone of the condensed ground are experimentally investigated; dependence of bearing ability of a micropiie on windening volume. Stress and deformed state of "micropile -foundation" is estimated with use of solution elastic-plastic problem with the help of Fmite element method. The characteristics of the ground are established in eveiy finite element with the help of standard laboratory methods of its research. The dynamic monitoring method of manufacturing and determination of micropiles bearing abilityas well as calculating metod of energy resources spent on thenir manufacturing were worked out.

Key words: pneumatic puncher, micropiie, windening, bearing ability, zone of the condensed ground, experimental researches, final elements, dynamic tests, power resources.