автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Совершенствование метода расчёта инъекционных свай в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий

На правах рукописи

004602042 ШАЛГИНОВ Роман Валерьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЁТА ИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ В ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ ДЛЯ УСЛОВИЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 май 2010

Тюмень-2010

004602042

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Томском государственном архитектурно-строительном университете (ГОУ ВПО ТГАСУ).

доктор технических наук, профессор Полищук Анатолий Иванович

доктор технических наук, профессор Бартоломей Леонид Адольфович

кандидат технических наук, доцент Нуждин Леонид Викторович

ГУП институт «БашНИИстрой»

(г. Уфа)

Защита состоится « 27» мая 2010 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.272.01 при ГОУ ВПО Тюменском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 625001, г. Тюмень, ул. Луначарского, 2, тел. / факс 8 (3452) 43-03-09.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Тюменского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «2^» о-г^с-^-З- 2010 г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ученый секретарь диссертационного совета:

Пронозин Я.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы, в связи с ростом объемов реконструкции и восстановления зданий, широкое распространение получили способы усиления фундаментов с использованием инъекционных свай*, в том числе свай, которые устраиваются с помощью перфорированных трубчатых инъекторов с уширенным наконечником. Инъекционные сваи, рассматриваемые в настоящей работе, устраиваются в глинистых грунтах и используются при реконструкции зданий. Скважина образуется без извлечения грунта путем вдавливания инъектора с уширенным наконечником, а ствол сваи формируется путем нагнетания под давлением подвижной бетонной смеси. Для эффективного использования таких свай необходимы обоснование технологических параметров** и определение их несущей способности. В настоящее время практически отсутствуют надежные разработки, позволяющие комплексно подходить к расчету инъекционных свай с учетом технологических особенностей их устройства. Поэтому совершенствование метода расчета инъекционных свай в глинистых грунтах является актуальным, имеет научное и практическое значение для развития возможностей реконструкции зданий. Работа выполнена в соответствии с основными научными направлениями кафедры «Основания, фундаменты и испытания сооружений» Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Объект исследований - инъекционная свая, устраиваемая с помощью перфорированного трубчатого инъектора с уширенным наконечником в глинистых грунтах, а именно в супесях пластичных, суглинках мягкопластичных и текучепластичных.

Предмет исследований - взаимодействие инъекционной сваи с глинистым грунтом основания на этапах ее устройства и работы.

Цель работы - совершенствование метода расчета технблогиче-ских параметров и несущей способности инъекционных свай, обеспечивающего надежность их проектирования в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий.

* Под инъекционными понимаются сваи, которые формируются в предварительно подготовленных скважинах путем инъекции под давлением подвижной бетонной смеси с последующей опрессовкой системы «свая - грунт основания» (по определению А.И. Полищука, A.A. Петухова, 2005 г.).

** Под технологическими понимаются параметры (силовые, геометрические), которые контролируются в процессе устройства инъекционной сваи и позволяют достигнуть ее проектных размеров.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Обосновать выбор и усовершенствовать метод расчета технологических параметров устройства инъекционных свай с учетом характеристик глинистых грунтов и размеров инъектора.

2. Разработать метод расчета несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах, который учитывает радиальное уплотнение грунта вокруг их ствола.

3. Экспериментально установить технологические параметры при устройстве инъекционных свай в глинистых грунтах и оценить их несущую способность при действии статической вдавливающей нагрузки. По результатам испытаний инъекционных свай в глинистых грунтах определить сопротивление грунта под пятой и на их боковой поверхности.

4. Сопоставить результаты расчетов технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах с экспериментальными данными. Выполнить опытно-промышленную апробацию результатов исследований при усилении фундаментов реконструируемых зданий.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Установлена связь между давлением инъекции при устройстве инъекционной сваи и сопротивлением глинистого грунта по ее боковой поверхности. Выявлено, что при устройстве инъекционной сваи давление инъекции должно быть в 6 - 11 раз больше давления обжатия ствола сваи глинистым грунтом, которое определяет ее несущую способность по боковой поверхности.

2. В аналитическом виде, на основе упругопластической модели грунтовой среды, решена задача о прогнозировании зоны уплотнения глинистого грунта на границе со стволом инъекционной сваи.

3. Получено аналитическое решение для расчета несущей способности инъекционной сваи в глинистых грунтах, которое учитывает радиальное уплотнение грунта вокруг ее ствола. Установлено, что радиальное уплотнение глинистого грунта вокруг инъекционной сваи приводит к увеличению его сопротивления на боковой поверхности сваи в 1,2- 1,3 раза.

Достоверность сформулированных в работе научных положений и выводов обеспечена корректным использованием для теоретических исследований положений механики грунтов, методов расчета оснований и фундаментов, теорий упругости и пластичности, аналитических

и численных методов решения задач, а для экспериментальных исследований - применением современного оборудования, достаточным объемом исследований с использованием инъекционных свай длиной 4,0 - 5,0 м, диаметром 220 - 250 мм. Необходимая для практического использования точность разработанных методов расчета подтверждена удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований для глинистых грунтов.

Практическое значение работы и ее использование:

1. Практическое значение работы состоит в том, что разработанные методы расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах обеспечивают необходимую надежность проектных решений. Предложены новые конструктивные решения инъекционной сваи и инъекторов, патентная новизна которых подтверждена тремя патентами РФ на полезную модель.

2. Результаты исследований использованы:

• при разработке проектной документации и производстве работ по усилению фундаментов реконструируемых зданий в г.Томске: административно-хозяйственное здание на пл. Соляной, 2 (ООО «СНПО ГеоТом», 2006 г.); жилой дом по ул. Усова, 37а (ЗАО «НПО «Геореконструкция», 2006 г.); здание детского сада по ул. Водяной, 31/1 (ООО «Фобус-5», 2007 г.);

• в Томском государственном архитектурно-строительном университете (ТГАСУ) при выполнении дипломных проектов по специальности 270102 - «Промышленное и гражданское строительство», а также при чтении лекций по направлению «Строительство» для студентов, магистрантов, аспирантов строительного факультета и слушателей института непрерывного образования ТГАСУ в 2006 - 2009 гг.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 63-й, 65-й и 66-й научно-технических конференциях в НГАСУ (г. Новосибирск, 2006 - 2009 гг.); в Конкурсе на лучший научный доклад аспирантов по строительным специальностям в рамках Вторых академических чтений им. проф. A.A. Бартоломея в ПГТУ (г. Пермь, 2007 г.); на университетской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Знания, умения, навыки - путь к созданию новых инженерных решений» в ТПУ (г. Томск, 2007 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные про-

блемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» в ТюмГАСУ (г. Тюмень, 2008 г.); на VI Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» в ТПУ - ТГАСУ (г. Томск, 2009 г.) и научных семинарах кафедры «Основания, фундаменты и испытания сооружений» ТГАСУ (г. Томск, 2006 - 2009 гг.). В полном объеме работа доложена на межкафедральных семинарах ТГАСУ (г. Томск, 2009 г.) и ТюмГАСУ (г. Тюмень, 2009 г.).

Личный вклад автора состоит:

- в совершенствовании метода расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах;

- в определении методики и проведении экспериментальных исследований, сопоставлении полученных результатов с расчетными данными;

- в разработке алгоритма расчета инъекционных свай в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий;

- в практическом использовании метода расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах.

На защиту выносятся:

• метод расчета технологических параметров для устройства инъекционных свай в глинистых грунтах с учетом характеристик глинистых грунтов и размеров инъектора;

• метод расчета несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий с учетом радиального уплотнения грунта вокруг их ствола;

• результаты сопоставления экспериментальных и расчетных данных;

• результаты практического использования диссертационной работы.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано двенадцать научных работ, в том числе три патента РФ на полезную модель, одна статья без соавторов и две статьи в журналах, входящих в перечень изданий ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 236 страниц состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка

литературы из 157 наименований и пяти приложений. Она содержит 125 страниц текста, 21 таблицу и 61 рисунок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и приведена общая характеристика работы.

В первой главе выполнен обзор исследований по рассматриваемому вопросу. Дается характеристика инъекционных свай, приводятся сведения о существующих технологиях устройства и методах их расчета.

В настоящее время существует большое разнообразие инъекционных свай по технологии устройства и конструктивному решению. Их можно объединить в отдельную группу по двум общим признакам: скважина устраивается с извлечением или вытеснением грунта, а ствол сваи в обоих случаях формируется путем инъекции под давлением подвижной бетонной смеси с последующей его опрессовкой. Специалистами ТГАСУ и других организаций разработан способ устройства инъекционных свай (2003 - 2009 гг.), который получил необходимое экспериментальное обоснование и практическое применение при усилении фундаментов зданий в г. Томске. По данному способу инъекционная свая устраивается в глинистых грунтах. Сначала вдавливается инъектор в грунт до проектной глубины с образованием скважины (рис. 1, а). Затем формируется ствол сваи путем нагнетания под давлением подвижной бетонной смеси. При этом сначала скважина полностью заполняется бетонной смесью, а затем расширяется в радиальном направлении (рис. 1, б). Ствол инъекционной сваи формируется при помощи так называемых «технологических приемов метода высоконапорной инъекции», которые разработаны в институте ОАО «УралНИИАС» (В.В. Лушников, В.А. Богомолов, г. Екатеринбург, 2000 г.). Эти приемы позволяют производить инъекцию цементного раствора в слабопроницаемые глинистые грунты под давлением до 1 - 2 МПа без образования трещин гидроразрыва на стенках скважины. Инъекционный раствор при этом бесконтрольно не растекается в грунтовом массиве, а локализуется в области инъекции в виде цилиндрического тела.

Развитию методов расчета инъекционных свай способствовали работы H.H. Баранова, В.А. Богомолова, X. Брандля, C.B. Бровина, Р.

а)

. Усилие IбЗаблиЬания

б)

Бетонная смесь noaбаЬлением

Рис. 1. Технологическая схема устройства инъекционной сваи

Бурды, М. Бустаманта, В.А. Голубева, Гранхольма, Г.О. Дегиля, Х.А. Джантимирова, И.М. Клейнера, П.А. Коновалова, В.В. Конюшкова, В.В. Лушникова, В.А. Мишакова, М.И. Никитенко, Ю.Р. Оржеховско-го, Н.И. Орленко, А.Б. Пономарева, A.A. Петухова, А.И. Полищука, М.А. Прыгунова, В.Ф. Раюка, М.И Смородинова, Д.Ю. Соболевского, В.М. Улицкого, B.C. Федорова, К.Ш. Шадунца, К.Г. Шашкина и других. Следует отметить, что большинство работ посвящено вопросам расчета буроинъекционных свай, которые рассматриваются как гибкие стержни, способные потерять устойчивость в грунте.

Многие исследователи при разработке методов расчета инъекционных свай используют решения задачи об осесимметричном расширении цилиндрической скважины в грунтовой среде. Исследования, посвященные решениям данной задачи, проводятся в двух основных направлениях: для разработки методов расчета свай и для интерпретации прессиометрических испытаний грунтов. Весомый вклад в развитие первого направления внесли A.A. Бартоломей, Б.В. Бахолдин, М.И. Горбунова-Посадов, М.С. Грутман, А.Л. Готман, Б.И. Далматов,

B.K. Дмоховский, H.B. Лалетин, Ф.К. Лапшин, Б.П. Попов, З.Г. Тер-Мартиросян, К. Терцаги, М. Randolph, V. Nishida, Sagaseta и др., а второго направления - Г.К. Бондарик, М.И. Бронштейн, А.Н. Дранов-ский, Г.П. Корчагин, Ф. Кёглер, В.В. Лушников, Л.Г. Мариупольский, К.В. Руппенейт, В.Г. Федоровский, V. Anderson, R. Gibson, G. Houlsby, L. Menard, A. Palmer, A. Vesic, H. Yu и др.

Анализ литературных источников показал, что в настоящее время практически отсутствуют надежные разработки, позволяющие комплексно подходить к определению технологических параметров устройства инъекционных свай и оценке их несущей способности. На основании анализа опубликованных работ были сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований. Описаны физические процессы, происходящие в грунте при устройстве инъекционных свай; обоснован выбор и дана характеристика технологических параметров, которые необходимо прогнозировать для их устройства.

В работе рассмотрены следующие технологические параметры (геометрические и силовые): геометрические - глубина заложения и радиус диска наконечника инъектора, расход инъекционного раствора; силовые - усилие вдавливания инъектора, давления инъекции и опрессовки. Геометрические параметры назначаются по конструктивным соображениям, а силовые параметры определяются расчетом.

При определении усилия вдавливания инъектора Л^».., была сформулирована следующая задача. В процессе вдавливания инъектора под его наконечником формируются зоны предельного равновесия грунта А к Б (рис. 2). Они имеют прямолинейное очертание в соответствии с предложением Б.В. Бахолдина (1985 г.), а механизм вытеснения грунта из-под наконечника в зону В принят согласно работам Л.С. Лапидуса - Ф.К. Лапшина (1972 г.), как результат осесимметричного расширения кругового отверстия (скважины) под действием горизонтального давления (распора) Н. В итоге, после соответствующих преобразований, получаем формулу для определения усилия вдавливания ИНЪеКТОра Neoaa

(

Н

1С

О)

Мабл

Зоны предельного рабнобесия грунта

=0,23

В

<э.

Рис. 2. Расчетная схема к определению усилия вдавливания инъектора

где г,ш - радиус диска наконечника инъектора; С, <р - соответственно удельное сцепление и угол внутреннего трения грунта; Н - горизонтальное давление (распор).

Для описания зависимости давления Н от радиального перемещения стенки кругового отверстия щ(1т) (рис. 2) были использованы известные аналитические решения задачи о расширении цилиндрической скважины в упругопластической грунтовой среде, которые были предложены В.Г. Федоровским (1972 г.) и позднее модифицированы В.В. Лушниковым (1987-1991 гг.). Давление распора Я определяется при Щ(,т) = 0,23 исходя из максимальной сходимости экспериментальных и расчетных значений усилия вдавливания инъектора.

С помощью формулы (1) и выражения Я=Дк0(-/(Н;) установлена зависимость усилия вдавливания инъектора Ывда<!;, от механических характеристик грунта Ео, С, ср, радиуса диска г„„ и глубины заложения наконечника инъектора Параметры Ео и Ьадавл задействованы в выражении Я=Д%,„,;). В расчетах были приняты следующие исходные данные: плотность грунта р = 1,8 г/см3; коэффициент Пуассона (поперечной деформации) для суглинка V = 0,35; ЬвдавД = от 2 до 7 м; гин = 100 мм; коэффициент разномодульности грунта - отношение модуля деформации грунта при сжатии к модулю деформации при растяже-

нии (по В.В. Лушникову, 1969 г.) X = 1; 3 и 5. Анализ результатов расчетов показал (рис. 3), что для рассмотренных характеристик грунтов при росте 1(1дал:, с 2-х до 7 м Каа,а увеличилось на 20 - 25 %. Учет раз-номодульного поведения грунта снижает значения Ывдш_т

При формировании ствола инъещионной сваи происходит осе-симметричное расширение скважины от ее начального радиуса г0 до проектного радиуса сваи гса под действием давления инъекции рт. В работе разработан алгоритм расчета давления инъекции рш„ основанный на аналитических решениях В.В. Лушникова (1987-1991 гт.). Алгоритм также позволяет оценивать соотношение давления инъекции рш1 с критическим давлением ркр (по В.В. Лушникову), а также с давлением гидроразрыва грунта ртр (по Б.И. Дидуху) и максимальным рабочим давлением растворонасоса ртехп.

При расширении скважины вокруг ствола инъекционной сваи образуются радиальные зоны уплотнения грунта. В зависимости от соотношения радиусов скважины г0 и сваи гсв рассмотрены 4 стадии уплотнения грунта вокруг ствола инъекционной сваи.

На первой стадии при равенстве радиусов г0 ~ гсв расширение скважины не происходит. Поэтому зона уплотнения грунта не образуется, а его плотность имеет начальное значение роНа второй стадии (рис. 4, а) увеличение гсв по отношению к г0 приводит к радиальному уплотнению грунта, прилегающего к стенке расширяемой скважины (пристенный слой). В пристенном слое грунт приобретает более высокое значение плотности р(гсе) по сравнению с начальной величиной ро- В работе, для этой стадии получено аналитическое выражение прогнозирования плотности грунта р(га) в пристенном слое после устройства инъекционной сваи, которое приведено в диссертации (раздел 2.4). Выражение получено на основе уравнения неразрывности среды (по А .Я. Сагомоняну, 1974 г.) и решения задачи о расширении цилиндрической скважины в упругопластической грунтовой среде (по В.В. Лушникову, 1987 - 1991 гг.).

На третьей стадии дальнейшее расширение скважины приводит к уплотнению грунта в пристенном слое до максимально возможного значения плотности ртах.

На четвертой стадии (рис. 4, б) уплотнение грунта на границе со стенкой скважины уже невозможно в диапазоне действующих давлений. В результате вокруг ствола сваи образуется зона уплотнения, в пределах которой грунт имеет плотность ртах.

Рис. 3. Графики зависимости N М,*», ~ относительная ве-

личина усилия вдавливания инъектора; 1я)1И, - относительная величина глубины заложения наконечника инъектора; я - коэффициент разномодульности грунта

Рассмотрение стадий уплотнения грунта и прогноз его плотности в пристенном слое позволили усовершенствовать метод расчета несущей способности инъекционной сваи с учетом радиального уплотнения грунта.

При разработке метода расчета несущей способности инъекционной сваи сохранен общепринятый принцип ее разделения на сопротивление грунта под пятой Я и на боковой поверхности/.

При определении величины У? было принято, что ее значения соответствуют такому давлению под пятой сваи, при котором вытеснение грунта в стороны не происходит, а горизонтальное давление (распор) Н уравновешивается боковым давлением грунта со от его собственного веса. На основании принятых положений была получена формула для расчета

где гса - радиус инъекционной сваи; а0 - боковое давление грунта от его собственного веса; С, д> - то же, что и в формуле (1).

Для определения величины/на основе условия прочности Кулона - Мора и использования характеристики удельного сцепления уплотненного грунта Ст-,(гсц) на границе со стволом инъекционной сваи получено выражение

где а"еж - радиальное давление обжатия ствола сваи грунтом; Сут(гсв) - удельное сцепление уплотненного грунта в пристенном слое; со -параметр, изменяющийся от -1,65 до -2 и зависящий от коэффициентов разномодульности (по В.В. Лушникову) и поперечной деформации грунта.

В формуле (3) автором предложен подход к определению радиального давления обжатия ствола сваи грунтом сг°1ж. Величина складывается из критического давления ркр (по В.В. Лушникову) и бокового давления грунта а0 от его собственного веса. При ркр максимальные напряжения, вызывающие упругие деформации уплотненного грунта после расширения скважины, переходят в минимальные напряжения, вызывающие его пластические деформации.

Величина Суп,,(г[П) в формуле (3) определяется в зависимости от плотности р(га<) и коэффициента пористости е(гсв) грунта в пристенном слое с помощью аппроксимированных зависимостей С~/(е), полученных по данным СП 50-101-2004 -Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

В главе проанализировано влияние технологического параметра давления инъекции рт на сопротивление глинистого грунта (супесь пластичная, суглинок мягко-текучепластичный) по боковой поверхности инъекционной сваи. Значения рин установлены по экспериментальным данным, а значения давления обжатия а°гбж ее ствола глинистым грунтом, определяющего ее несущую способность по боковой поверхности, установлены расчетом по формуле (3). Анализ данных табл. 1 показал, что при устройстве инъекционной сваи давление инъ-

.1ат±Г (г \ = ! п 4-лг > . »ггт л. С (г Л -

+ с0)-18<Р + С1Ш(гс,), (3)

екции рии должно быть в 6 - 11 раз больше давления обжатия ствола сваи а°г6ж глинистым грунтом. Это объясняется тем, что вокруг расширяемой скважины основную долю деформаций грунта за ее стенкой составляют пластические (необратимые) деформации.

Таблица 1

Данные о давлении инъекции и давлении обжатия ствола

инъекционной сваи грунтом

Марка сваи Экспериментальное значение давления инъекции Рш, кПа Расчетное значение давления обжатия ствола сваи грунтом а°6х, кПа Отношение Рш,/а?ж

ИС-4 500-700 45,2-84,7 8,3-11,1

ИС-б 500-700 45,2-84,7 8,3-11,1

ИС-9, 10 500 - 700 45,2-66,7 10,5-11,1

ИС-11,12 500-700 45,2-68,2 10,3-11,1

ИС-13,14 300-400 33,0 9-12,1

СИ-1...СИ-4 300-400 32,2-65,6 6,1-9,3

Таким образом, на основе результатов исследований усовершенствован метод расчета инъекционных свай для условий реконструкции зданий на глинистых грунтах. В методе заложен комплексный подход к определению технологических параметров устройства инъекционных свай и расчету их несущей способности с учетом радиального уплотнения грунта вокруг ствола.

В третьей главе излагаются методика проведения и результаты экспериментальных исследований процессов устройства и работы инъекционных свай в глинистых грунтах. Для проведения экспериментов были выбраны две опытные площадки в г. Томске, сложенные глинистыми грунтами. Экспериментальные исследования на обеих площадках проводились с использованием инъекционных свай длиной в грунте 4,0 - 5,0 м, диаметром 220 - 250 мм.

Опытная площадка 1 находилась в подвале существующего торгового здания в центральной части города (Кировский р-н). До глубины 1,7 - 1,9 м площадка сложена насыпными грунтами, далее до глубины 3,2 - 3,4 м - супесью пластичной (1Ь = 0,4 - 0,75) и до разведанной глубины (12,0 м) - супесью текучей (4 = 1,0 - 1,5). Уровень подземных вод на период проведения экспериментальных исследований

(апрель - май 2005 г.) был зафиксирован на глубине 3,2 - 3,4 м. Отметка пола подвала находилась на 2,7 - 2,9 м ниже отметки планировки. Основные физико-механические характеристики супеси текучей, в которой устраивались инъекционные сваи, составляли: плотность р = 2,0 г/см3; плотность скелета pd = 1,63 г/см3; коэффициент пористости е = 0,62; естественная влажность W~ 0,23 д.ед.; удельное сцепление С = 6,0 кПа; угол внутреннего трения <р = 22 град.; модуль деформации Е0 = 4,5 МПа.

Опытная площадка 2 находилась вблизи существующего административно-хозяйственного здания в центральной части города (Советский р-н). До глубины 2,5 - 2,6 м площадка сложена насыпными грунтами, далее до глубины 4,0 - 4,2 м - супесью пластичной {IL = 0,42), до глубины 6,3 - 6,5 м - супесью текучей (7¿ > 1,0), до глубины 9,4 - 9,6 м - суглинком текучим (//.= 1,1- 1,2) и до разведанной глубины (11,0 м) - суглинком тугопластичным (/¿ = 0,35 - 0,41). Уровень подземных вод на период проведения экспериментальных исследований (май -июль 2006 г.) был зафиксирован на глубине 4,0 - 4,2 м. Инъекционные сваи устраивались в шурфах глубиной 1,6 - 2,0 м. Основные физико-механические характеристики грунтов, в которых устраивались инъекционные сваи, составляли: для супеси пластичной р = 1,98 - 1,99 г/см3; pd = 1,63 - 1,67 г/см3; е = 0,56 - 0,60; W= 0,16 - 0,18 д.ед.; С = 20 - 22 кПа; ср = 27 - 29 град.; Е0 =10,0-11,3 МПа; для супеси текучей р = 1,97 - 1,98 г/см3; pd = 1,57 - 1,60 г/см3; е = 0,65 - 0,68; W= 0,23 -0,24 д.ед.; С = 12-14 кПа; <р = 26 - 27 град.; £0 = 7,1 - 8,7 МПа; для суглинка текучего р = 1,97 - 1,99 г/см3; pd = 1,56 - 1,57 г/см3; е = 0,72 -0,74; W= 0,28 - 0,29 д.ед.; С = 13 - 14 кПа; ц> = 15 - 17 град.; Е0 = 4,0 -4,4 МПа.

Для устройства инъекционных свай применялись инъекторы из стальных прокатных труб диаметром 108 мм, которые в последующем выполняли роль арматуры свай. По длине инъектора располагались отверстия перфорации диаметром 20 мм в шахматном порядке с шагом 80 мм. Наконечник инъектора состоял из стального уширительного диска диаметром 180 - 190 мм и режущих пластин, расположенных вертикально крест накрест. Звенья инъектора длиной 0,5 - 1,0 м погружались вдавливанием специальным гидроцилиндром с упором в существующие строительные конструкции.

В качестве инъекционного раствора использовалась мелкозернистая бетонная смесь с модулем крупности песка M¡, = 2,4 - 2,5, водо-

цементным отношением В/Ц = 0,5 - 0,6, осадкой стандартного конуса 11 - 14 см. В инъекционный раствор вводились пластификатор (раз-жижитель С-3) и добавка против расслаивания (известковое тесто). Нагнетание бетонной смеси осуществлялось растворонасосом С0-180 с расходом 40 л/мин.

Устройство инъекционных свай включало: вдавливание инъекто-ра; тампонирование затрубного пространства в устьи скважины; формирование ствола сваи путем нагнетания бетонной смеси порциями (по 0,1 м3) в скважину через инъектор; опрессовка максимальным рабочим давлением системы «свая - грунт основания». Всего в экспериментальных исследованиях было устроено 19 инъекционных свай (7 свай — на площадке 1, 12 свай — на площадке 2).

При устройстве инъекционных свай измерялись следующие технологические параметры: усилие вдавливания инъектора Nedam (тс); расход инъекционного раствора (объем ствола сваи) Утр.р (м3), максимальное рабочее давление инъекции рт (кПа) и давление опрессовки ропрес (кПа).

На площадке 1 усилие вдавливания инъектора увеличивалось с глубиной и на проектной отметке 4,6 м (супесь текучая) не превышало 5,0 тс. На площадке 2 в слое насыпного грунта (глубина до 2,55 м) усилие вдавливания инъектора изменялось от 3,4 тс до 5,0 тс, в слое супеси пластичной (глубина 2,55 - 4,1 м) - от 6,3 до 7,1 тс, в слое супеси текучей (глубина 4,1 - 6,4 м) - от 7,9 до 8,4 тс, а при заглублении в суглинок текучий (6,4 - 7,25 м) - 9,1 тс.

Контроль за достижением проектного диаметра инъекционной сваи осуществлялся по расходу инъекционного раствора. На площадке 1 расход инъекционного раствора составил 0,2 - 0,25 м"1 для каждой сваи (всего 7 свай), что соответствовало диаметру ствола 240 - 260 мм. На площадке 2 расход инъекционного раствора составил 0,14 -0,20 м3 для каждой свай (всего 12 свай), что соответствовало диаметру ствола 210-230 мм.

В процессе формирования ствола сваи давление инъекции рЮ1 в системе возрастало плавно, без резких скачков и падений из-за возможного гидроразрыва грунта. Максимальное давление инъекции р,т для свай на площадке 1 составляло 300 - 400 кПа, а для свай на площадке 2 - от 300 до 500 кПа. Давление опрессовкиропрес равнялось конечному (максимальному) значению давления инъекции. Во всех 19-ти случаях (19 свай) давление опрессовки за 1,5 - 2 часа падало до 100

кПа и не изменялось вплоть до твердения бетона ствола инъекционной сваи.

Испытания устроенных натурных инъекционных свай статической вдавливающей нагрузкой проводились по методике ГОСТ 568694 — Грунты. Методы полевых испытаний сваями. Загрузочная установка состояла из упорной конструкции (цокольные стеновые панели, ростверк), гидравлического домкрата и реперной системы. По результатам испытаний построены графики «осадка S - нагрузка Р». Несущая способность инъекционных свай на площадке 1 составила 158 -198 кН, а на площадке 2 равна 256 - 263 кН.

Экспериментальное определение технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах позволило оценить точность усовершенствованного метода их расчета.

Четвертая глава посвящена сопоставлению результатов теоретических и экспериментальных исследований, их практическому применению.

На основе результатов испытаний инъекционных свай статической вдавливающей нагрузкой в глинистых грунтах дается оценка их сопротивления под пятой и на боковой поверхности. Эти исследования были выполнены с целью сопоставления полученных результатов с данными теоретических исследований. При этом были использованы результаты испытаний, проведенных непосредственно соискателем (2005 - 2006 гг.), а также другими исследователями (А.И. Полищук, A.A. Петухов и др., 2003 - 2005 гг.). Для оценки раздельного сопротивления инъекционных свай под пятой и на боковой поверхности была принята методика Б.И. Далматова- Ф.К. Лапшина (1975 г.), которая применялась для забивных свай в слабых грунтах.

Установлена закономерность изменения несущей способности инъекционной сваи по боковой поверхности в зависимости от степени расширения скважины (отношения диаметра сваи к диаметру скважины) и консистенции глинистого грунта. С ростом степени расширения скважины в 1,6 - 2,2 раза сопротивление грунта на боковой поверхности ствола инъекционной сваи увеличивается в 1,3-1,5 раза. Инъекционные сваи, опирающиеся пятой на мягко-текучепластичный суглинок, имеют сопротивление грунта по боковой поверхности 60 % и более от ее общей несущей способности в диапазоне осадок до 10 мм.

Сопоставление экспериментальных и расчетных значений усилия вдавливания инъектора показало, что их расхождение не превышает

25 - 35 %.

Анализом установлено, что значения давления инъекции, вычисленные для упругопластической грунтовой среды (без учета ее упрочнения) по предложенному алгоритму, меньше экспериментальных значений на 20 - 45 %. Поэтому в расчетах для ббльшей достоверности вычисленные значения давления инъекции должны быть увеличены на 40 % для суглинков мягко-текучепластичных и супесей пластичных.

Расхождение теоретических и экспериментальных значений плотности грунта в пристенном слое не превышает 5 - 10 %, а удельного сцепления - 13 - 17 %. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных показало, что расчетные значения несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах меньше экспериментальных значений на 30 - 35 %.

На основании результатов расчета проанализировано влияние радиального уплотнения грунта вокруг ствола инъекционной сваи на ее несущую способность по боковой поверхности. В табл. 2 приведены результаты сопоставления несущей способности по боковой поверхности инъекционной сваи с учетом и без учета радиального уплотнения глинистого грунта вокруг ее ствола. Анализ данных табл. 2 показал, что радиальное уплотнение глинистого грунта вокруг устраиваемой инъекционной сваи приводит к увеличению его сопротивления на боковой поверхности сваи в 1,2 - 1,3 раза.

Результаты диссертационной работы внедрены при усилении фундаментов двух реконструируемых зданий в г. Томске: административно-хозяйственного здания (пл. Соляная, 2) и здания детского сада (ул. Водяная, 31/1). Необходимость усиления фундаментов первого здания была вызвана увеличением нагрузок на существующие сваи от надстраиваемого этажа, а второго здания - развитием сверхнормативных деформаций грунтов основания в связи с их локальным замачиванием. Рабочая документация и принятые решения успешно прошли государственную техническую экспертизу.

Результаты исследований также использованы в Томском государственном архитектурно-строительном университете (ТГАСУ) при выполнении дипломных проектов по специальности 270102 - «Промышленное и гражданское строительство», а также при чтении лекций по направлению «Строительство» для студентов, магистрантов, аспирантов строительного факультета и слушателей института непрерыв-

Таблица 2

Результаты сопоставления несущей способности по боковой поверхности инъекционной сваи с учетом и без учета радиального уплотнения

Марка сваи Расчетное значение Р&к (кН) с учетом радиального уплотнения грунта Расчетное значение Fe™ (кН) без учета радиального уплотнения грунта Отношение Р6ж (кН) с учетом к F6oK (кН) без учета радиального уплотнения грунта

ИС-4 182,5 145,4 1,26

ИС-6 200,5 160 1,26

ИС-9, 10 72,2 56,0 1,29

ИС-И, 12 82,9 64,3 1,29

ИС-13, 14 23,7 18,1 1,31

СИ-1...СИ-4 107,0 81,6 1,3

СИ-14, СИ-19 168,0 140,0 1,2

го образования ТГАСУ в 2006 - 2009 гг. Справки о внедрении результатов исследований приведены в приложениях диссертации.

Для дальнейшего развития темы диссертационной работы разработаны и защищены патентами РФ на полезные модели: инъекционная свая для слабых грунтов и конструктивные решения инъекторов. В диссертации также подробно описаны способы усиления фундаментов с использованием инъекционных свай.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обоснован выбор основных технологических параметров - усилия вдавливания инъектора и давления инъекции, которые используются для устройства инъекционных свай в глинистых грунтах. Усовершенствован метод расчета усилия вдавливания инъектора на основе теории предельного равновесия и упругопластической модели грунтовой среды. Разработан алгоритм расчета давления инъекции при формировании ствола инъекционной сваи, основанный на аналитических решениях проф. В.В. Лушникова. Установлено, что усовершенствованный метод расчета технологических параметров при устройстве инъекционных свай в глинистых грун-

тах может использоваться с точностью: 65 - 75 % для усилия вдавливания инъектора и 85 - 95 % для давления инъекции.

2. В аналитическом виде, на основе упругопластической модели грунтовой среды, решена задача о прогнозировании зоны уплотнения глинистого грунта на границе со стволом инъекционной сваи. При этом расхождение теоретических и экспериментальных значений плотности грунта в пристенном слое не превышает 5 -10 %, а удельного сцепления - 13 - 17 %.

3. Разработан метод расчета несущей способности инъекционной сваи в глинистых грунтах с учетом радиального уплотнения грунта вокруг ее ствола. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных показало, что расчетные значения несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах меньше экспериментальных значений на 30 - 35 %. Расчетами установлено, что радиальное уплотнение глинистого грунта вокруг устраиваемой инъекционной сваи приводит к увеличению сопротивления на ее боковой поверхности в 1,2- 1,3 раза.

4. Установлена связь между давлением инъекции при устройстве инъекционной сваи и сопротивлением глинистого грунта по ее боковой поверхности. Выявлено, что при устройстве инъекционной сваи давление инъекции должно быть в 6 - 11 раз больше давления обжатия ствола сваи глинистым грунтом, которое определяет ее проектную несущую способность по боковой поверхности.

5. Установлена закономерность изменения несущей способности инъекционной сваи по боковой поверхности в зависимости от степени расширения скважины (отношения диаметра сваи к диаметру скважины) и консистенции глинистого грунта. С ростом степени расширения скважины в 1,6 - 2,2 раза сопротивление грунта на боковой поверхности ствола инъекционной сваи увеличивается в 1,3 - 1,5 раза Инъекционные сваи, опирающиеся пятой на мягко-текуч еп ластичный суглинок, имеют сопротивление грунта по боковой поверхности 60 % и более от ее общей несущей способности.

6. Метод расчета технологических параметров, несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах и установленные закономерности использованы при усилении фундаментов реконструируемых зданий, а также в учебном процессе ТГАСУ, что подтверждено документально. Определены пути дальнейших иссле-

дований по совершенствованию методов проектирования и способов устройства фундаментов из инъекционных свай для условий реконструкции и восстановления зданий.

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в журналах, включенных в перечень ВАК

1. Полищук, А. И. Условия формирования зоны предельного уплотнения вокруг ствола инъекционной сваи в слабых глинистых грунтах / А. И. Полищук, Р. В. Шалгинов, С. П. Осипов // Вестник ТГАСУ: науч.-техн. журн.-2007. -№3.-С. 173-185.

2. Кириллов, Ф. Ф. Математическая модель зон предельного уплотнения в задачах формирования цилиндрических и сферических полостей в грунтовых средах / Ф. Ф. Кириллов, С. П. Осипов, Р. В. Шалгинов // Известия вузов. Строительство: науч.-теор. журн. -2007. ~№ 11.-С. 29-34.

Статьи в других печатных изданиях

3. Полищук, А. И. Решение задачи о расширении полости в грунте для расчета инъекционной сваи / А. И. Полищук, А. А. Петухов, С. П. Осипов, Р. В. Шалгинов // Тез. докл. 63-й науч.-техн. конф. / Новосиб. гос. арх.-стр. ун-т (СИБСТРИН). - Новосибирск, 2006. -С. 114.

4. Петухов, А. А. Практическое использование инъекционных свай при реконструкции зданий в г. Томске / А. А. Петухов, Р. В. Шалгинов, А. А. Тарасов // Знания, умения, навыки - путь к созданию новых инженерных решений : материалы университетской науч,-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, посвящ. 100-летию со дня рождения Никитина Н.В. - Томск : Изд-во Томского политех, ун-та, 2007. - С. 78-80.

5. Полищук, А. И. Использование инъекционных свай в глинистых грунтах для усиления свайных фундаментов административно-хозяйственного здания / А. И. Полищук, Р. В. Шалгинов, А. А. Тарасов // Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири : сб. материалов Все-рос. науч.-практ. конф. / Тюм. гос. арх.-стр. ун-т. - Тюмень, 2008. -С. 50-53.

6. Полшцук, А. И. Учет зоны предельного уплотнения при расчете инъекционных свай в слабых глинистых грунтах / А. И. Полищук, Р. В. Шалгинов, С. П. Осипов // Тез. докл. 65-й науч.-техн. конф. (доп. к осн. сб.) / Новосиб. гос. арх.-стр. ун-т (СИБСТРИН). - Новосибирск, 2009. - С. 11-12.

7. Шалгинов, Р. В. Математическое моделирование устройства инъекционной сваи в глинистых грунтах / Р. В. Шалгинов // Перспективы развития фундаментальных наук: материалы VI Между-нар. конф. студентов и молодых ученых / Том. политех, ун-т -Том. гос. арх.-стр. ун-т. - Томск, 2009. - Т. 2. - С. 766-768.

8. Инъекторы для устройства инъекционных свай / А. И. Полищук, А. А. Тарасов, Р. В. Шалгинов, А. А. Петухов // Современные технологии в строительстве : материалы науч.-практ. конф. / Перм. гос. технолог, ун-т. - Пермь, 2009. - С. 282-286.

9. Полищук, А. И. Оценка сопротивления глинистых грунтов под нижним концом и на боковой поверхности инъекционных свай по результатам их испытаний / А. И. Полищук, А. А. Петухов, Р. В. Шалгинов // Современные технологии в строительстве : материалы науч.-практ. конф. / Перм. гос. технолог, ун-т. - Пермь, 2009. -С. 287-294.

Патенты РФ на полезную модель

10. Пат. № 48547 Российская Федерация, МПК7 Е 02 И 5/34. Напор-нонабивная свая для слабых грунтов / Полищук А. И., Петухов А. А., Нуйкин С. С., Шалгинов Р. В.; опубл. 27.10.05, Бюл. № 30.

П. Пат. № 85495 Российская Федерация, МПК7Е 02 Б 5/34. Конструкция инъектора для устройства инъекционной сваи / Полищук А. И., Шалгинов Р. В., Тарасов А. А., Петухов А. А.; опубл. 10.08.09, Бюл. № 22.

12. Пат. № 87718 Российская Федерация, МПК7Е 02 Б 5/34. Инъекционная свая / Полищук А. И., Тарасов А. А., Шалгинов Р. В.; опубл. 20.10.09, Бюл. № 29.

Подписано в печать 20.04.2010 . Формат 60x84 1/16.

Бумага офсет. Гарнитура Тайме. Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ № Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.

Отпечатано с оригинал-макета автора в ООП ТГАСУ.

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОСНОВНЫЕ ПУТИ

ЕГО РЕШЕНИЯ.

1.1. Инъекционные сваи, технологии устройства и область применения. Ю

1.2. Существующие методы расчета инъекционных свай.

1.3. Существующие методы оценки уплотнения грунта вокруг инъекционных свай.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ В ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ.

2.1. Физические процессы и технологические параметры при устройстве инъекционной сваи в глинистых грунтах.

2.2. Определение усилия вдавливания инъектора инъекционной сваи.

2.3. Определение давления инъекции при формировании ствола инъекционной сваи.

2.4. Оценка зоны уплотнения грунта вокруг ствола инъекционной сваи.

2.5. Расчет несущей способности инъекционной сваи в глинистых грунтах. цо

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ В ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ.

3.1. Технология устройства и методика испытаний инъекционных сваи в глинистых грунтах.

3.2. Характеристика инженерно-геологических условий опытных площадок.

3.3. Результаты экспериментальных исследований. ^

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ.

4.1. Оценка сопротивления глинистых грунтов под пятой и на боковой поверхности инъекционных свай по результатам их испытаний.

4.2. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований.

4.3. Алгоритм расчета инъекционных свай для условий реконструкции зданий.

4.4. Практическое применение результатов исследований при усилении фундаментов зданий.

4.5. Пути дальнейших исследований по совершенствованию технологии устройства, конструкции и расчета инъекционных свай.

Выводы по главе 4.

В последние годы, в связи с ростом объемов реконструкции и восстановления зданий, широкое распространение получили способы усиления фундаментов с использованием инъекционных свай*, в том числе свай, которые устраиваются с помощью перфорированных трубчатых инъекторов с уширенным наконечником. Инъекционные сваи, рассматриваемые в настоящей работе, устраиваются в глинистых грунтах и используются при реконструкции зданий. Скважина образуется без извлечения грунта путем вдавливания инъектора с уширенным наконечником, а ствол сваи формируется путем нагнетания под давлением подвижной бетонной смеси. Для эффективного использования таких свай необходимы обоснование технологических параметров** и определение их несущей способности. В настоящее время практически отсутствуют надежные разработки, позволяющие комплексно подходить к расчету инъекционных свай с учетом технологических особенностей их устройства. Поэтому совершенствование метода расчета инъекционных свай в глинистых грунтах является актуальным, имеет научное и практическое значение для развития возможностей реконструкции зданий. Работа выполнена в соответствии с основными научными направлениями кафедры «Основания, фундаменты и испытания сооружений» Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Объект исследований - инъекционная свая, устраиваемая с помощью перфорированного трубчатого инъектора с уширенным наконечником в глинистых грунтах, а именно в супесях пластичных, суглинках мягкопластичных и текучепластичных.

Предмет исследований - взаимодействие инъекционной сваи с глинистым грунтом основания на этапах ее устройства и работы. Под инъекционными понимаются сваи, которые формируются в предварительно подготовленных скважинах путем инъекции под давлением подвижной бетонной смеси с последующей опрессовкой системы «свая - грунт основания» (по определению А.И. Полищука, A.A. Петухова, 2005 г.). Под технологическими понимаются параметры (силовые, геометрические), которые контролируются в процессе устройства инъекционной сваи и позволяют достигнуть ее проектных размеров.

Цель работы - совершенствование метода расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай, обеспечивающего надежность их проектирования в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Обосновать выбор и усовершенствовать метод расчета технологических параметров устройства инъекционных свай с учетом характеристик глинистых грунтов и размеров инъектора.

2. Разработать метод расчета несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах, который учитывает радиальное уплотнение грунта вокруг их ствола.

3. Экспериментально установить технологические параметры при устройстве инъекционных свай в глинистых грунтах и оценить их несущую способность при действии статической вдавливающей нагрузки. По результатам испытаний инъекционных свай в глинистых грунтах определить сопротивление грунта под пятой и на их боковой поверхности.

4. Сопоставить результаты расчетов технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах с экспериментальными данными. Выполнить опытно-промышленную апробацию результатов исследований при усилении фундаментов реконструируемых зданий.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Установлена связь между давлением инъекции при устройстве инъекционной сваи и сопротивлением глинистого грунта по ее боковой поверхности. Выявлено, что при устройстве инъекционной сваи давление инъекции должно быть в 6 - 11 раз больше давления обжатия ствола сваи глинистым грунтом, которое определяет ее несущую способность по боковой поверхности.

2. В аналитическом виде, на основе упругопластической модели грунтовой среды, решена задача о прогнозировании зоны уплотнения глинистого грунта на границе со стволом инъекционной сваи.

3. Получено аналитическое решение для расчета несущей способности инъекционной сваи в глинистых грунтах, которое учитывает радиальное уплотнение грунта вокруг ее ствола. Установлено, что радиальное уплотнение глинистого грунта вокруг инъекционной сваи приводит к увеличению его сопротивления на боковой поверхности сваи в 1,2 - 1,3 раза.

Достоверность сформулированных в работе научных положений и выводов обеспечена корректным использованием для теоретических исследований положений механики грунтов, методов расчета оснований и фундаментов, теорий упругости и пластичности, аналитических и численных методов решения задач, а для экспериментальных исследований - применением современного оборудования, достаточным объемом исследований с использованием инъекционных свай длиной 4,0 - 5,0 м, диаметром 220 - 250 мм. Необходимая для практического использования точность разработанных методов расчета подтверждена удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований для глинистых грунтов.

Практическое значение работы и ее использование:

1. Практическое значение работы состоит в том, что разработанные методы расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах обеспечивают необходимую надежность проектных решений. Предложены новые конструктивные решения инъекционной сваи и инъекторов, патентная новизна которых подтверждена тремя патентами РФ на полезную модель.

2. Результаты исследований использованы:

• при разработке проектной документации и производстве работ по усилению фундаментов реконструируемых зданий в г.Томске: административно-хозяйственное здание на пл. Соляной, 2 (ООО «СНПО ГеоТом», 2006 г.); жилой дом по ул. Усова, Ъ1а (ЗАО «НПО «Геореконструкция», 2006 г.); здание детского сада по ул. Водяной, 31/1 (ООО «Фобус-5», 2007 г.);

• в Томском государственном архитектурно-строительном университете (ТГАСУ) при выполнении дипломных проектов по специальности

270102 - «Промышленное и гражданское строительство», а также при чтении лекций по направлению «Строительство» для студентов, магистрантов, аспирантов строительного факультета и слушателей института непрерывного образования ТГАСУ в 2006 - 2009 гг.

Справки о внедрении результатов исследований приведены в приложениях 3-5.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 63-й, 65-й и 66-й научно-технических конференциях в НГАСУ (г. Новосибирск, 2006 - 2009 гг.); в Конкурсе на лучший научный доклад аспирантов по строительным специальностям в рамках Вторых академических чтений им. проф. A.A. Бартоломея в ПГТУ (г. Пермь, 2007 г.); на университетской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Знания, умения, навыки - путь к созданию новых инженерных решений» в ТПУ (г. Томск, 2007 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» в ТюмГАСУ (г. Тюмень, 2008 г.); на VI Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» в ТПУ - ТГАСУ (г. Томск, 2009 г.) и научных семинарах кафедры «Основания, фундаменты и испытания сооружений» ТГАСУ (г. Томск, 2006 - 2009 гг.). В полном объеме работа доложена на межкафедральных семинарах ТГАСУ (г. Томск, 2009 г.) и ТюмГАСУ (г. Тюмень, 2009 г.).

Личный вклад автора состоит:

- в совершенствовании метода расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах;

- в определении методики и проведении экспериментальных исследований, сопоставлении полученных результатов с расчетными данными;

- в разработке алгоритма расчета инъекционных свай в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий;

- в практическом использовании метода расчета технологических параметров и несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах.

На защиту выносятся:

• метод расчета технологических параметров для устройства инъекционных свай в глинистых грунтах с учетом характеристик глинистых грунтов и размеров инъектора;

• метод расчета несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах для условий реконструкции зданий с учетом радиального уплотнения грунта вокруг их ствола;

• результаты сопоставления экспериментальных и расчетных данных;

• результаты практического использования диссертационной работы.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано двенадцать научных работ, в том числе три патента РФ на полезную модель, одна статья без соавторов и две статьи в журналах, входящих в перечень изданий ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и пяти приложений.

Выводы по главе 4

1. На основе результатов испытаний инъекционных свай статической вдавливающей нагрузкой в глинистых грунтах дается оценка их сопротивления под пятой и на боковой поверхности.

2. Для оценки была принята методика Б.И. Далматова - Ф.К. Лапшина (1975 г.), которая применялась для забивных свай в слабых грунтах. На основе обработки экспериментальных данных установлена закономерность изменения несущей способности инъекционной сваи по боковой поверхности в зависимости от степени расширения скважины (отношения диаметра сваи к диаметру скважины) и консистенции глинистого грунта.

3. Сопоставление экспериментальных и расчетных значений усилия вдавливания инъектора показало, что предложенный метод расчета может использоваться с точностью 65 - 75 %.

4. Анализом установлено, что значения давления инъекции, вычисленные для упругопластической грунтовой среды (без учета ее упрочнения) по предложенному алгоритму, меньше экспериментальных значений на 20 - 45 %. Поэтому в расчетах для большей достоверности вычисленные значения давления инъекции должны быть увеличены на 40 % для суглинков мягко-текучепластичных и супесей пластичных.

5. Расхождение теоретических и экспериментальных значений плотности грунта в пристенном слое не превышает 5 - 10 %, а удельного сцепления - 13 - 17 %. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных показало, что расчетные значения несущей способности инъекционных свай в глинистых грунтах меньше экспериментальных значений на 30 - 35 %.

6. Выявлена связь между давлением инъекции при устройстве инъекционной сваи и ее несущей способностью в глинистых грунтах. 7. Установлено, что радиальное уплотнение глинистого грунта вокруг инъекционной сваи приводит к увеличению его сопротивления на боковой поверхности сваи в 1,2 - 1,3 раза.

8. Результаты диссертационной работы внедрены при усилении фундаментов двух реконструируемых зданий в г. Томске. Для дальнейшего развития темы диссертационной работы разработаны и защищены патентами РФ на полезные модели: инъекционная свая для слабых грунтов и два конструктивных решения инъектора. В диссертации также подробно описаны способы усиления фундаментов с использованием инъекционных свай.

191