автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Технология глубинного закрепления грунтов при помощи струи высокого давления

ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ "ТРАНССТРОЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОГОДОРНИИ)

На правах рукописи

РКАНИЦИН СЕРГЕИ ЮРЬЕВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ГЛУБИННОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ ПРИ ПОМОЩИ СТРУИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

• Специальность 05.23.11 "Строительство автомобильных дорог и аэродромов"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1993

Рьботь ишзлпоиа 1 осударст1--.!,цог.! дорсг.шои нау>шо-¡.сслсдоса'х-сльсиод: институте (Со.окдорйМ).

каучнп? рукоЕ-сд:-гель

-Ч. у : 1 и:; 1 консультант

Зфищ; 11лъ:1ус о п по н Ьii? и

Ведуц^л организация

- доктор тсхничзских паук, прэ1/;ссор И.Е.Ех.гсньсб.

- кандодат теюад«иских ш;уг, стари;.5Я наус-шй сотрудник Л.РЛЬтрэспн (ВКиЮСП) '

- доктор технических наук,-Э.М.Добров и!ЛДЛ).

- кандидат т^хнпчаскпх наук, старший научныЛ сотрудник Г.И.^'абрпкантсп

- Иркутскаьтодор

Защита.состоится " ¿¿/М 1993 г в час на засе-

дании специализированного Совета К 133.02.01 при Государственном дородном научно-исследовательском институте (Согаздор№М) по адресу: Московская область, г.Балашиха-6, и.Энтузиастов 79, актогый зал Со'-оздорШИ.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке СоюздорЭДИ.'

■ Проси;.: принять участие в работе Совета или направить отзывы в двух ¡экземплярах,' заверенные подписью и печатью руководителя по адрг.су: 143900, Московская область, г.Балашиха -б, СоюздорШИ, Учений Совет.

. Справки по телефону ¿<¡1-20-06.

Автореферат разослан " £ " <-¿¿¿¿1/1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н., с.н.с.

Б.С...1арышо

ОБЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

Актуальность работы. Одной из проблем в дорошюм строителъст-РосспйскоИ Федерации является обеспечение устойчивости и ста -тьности земляного полотна, особенно при строительстве на слабых /нтах. Важное значение имеет такяе создание прочных и надеиных юваний фундаментов искусственных сооружений. В последние годы

3 более широкое распространение получают но требующие перемещения /нтоз и большого расхода материалов методы глубинного закрепления ибых грунтов. Однако эти метода могут быть применены главным обра-,1 в грунтах с ви •>' . коэффициентом фильтрации. Устройство арми -ощих грунтовый массиз конструкций в виде свай, свай-шпонов требует этшого дорогостоящего оборудования, больших трудовых затрат.

змз того методы глубинного закрепления грунтов, основанные на ьекции растворов вяжущих в поры грунтового массива, не позеоляют здавать в слабых основаниях несущие или ограждающие цементогрун -вые конструкции заданных геометрических размеров, применение кото-х позволяет уменьшить расход материалов, объемов работ и, соот -гствонно, снизить стоимость строительства.

Существенными преимуществами в сравнении с известными методами ладает предлагаемая универсальная технология глубинного закрепло-

4 грунтов с использованием струй высокого давления (С1ДЦ). Этот год, научные основы которого разработаны в диссертации, позволяв? креплять грунты и создавать грунтоцемонтше массивы определенных хштрическпх размеров. Варной особенностью дгушого метода являет-

то, что он может быть реализован в грунтах с различными физико-¡саническими свойствами, в том числе и в мерзлых. Принципиальная нова метода заключается в использовании универсального рабочего гана, позволяющего с помощью направленных струй раствора, исто -ощих при высоком давлении, измельчать грунт в определенном рздну-действия п одновременно смешивать разрушенный грунт с поступаю -и вяжущим. Работоспособность метода обусловлена тем, что струя зокого давления имеют высокую разрушительную способность, посколь-создавт на локальных площадях удельные нагрузки многократно: одевающие силы связности в зоне контакта струи с грунтовым массивом, современная подача раствора вякущего п смешение грунта с поступа-!М раствором позволяют совместить операции измельчения и смешения эбразованием цеыентогрунтовой смеси, по истечении определенного змени набирающей прочность. До настоящего времени механизм гидро-зрушения грунтов струями раствора вякущего не был изучен, отсут-зовали научно-обоснованные технические и технологические парамет-

р^, обеспечивающие реализацию возможностей технологии СВД.

Цель работы. Разработка научного обоснования эффективной тех нологии глубинного закрепления грунтов в основании транспортных сооружений, основанной на применении струй высокого давления, обе почивающей соблюдение расчетных размеров и однородность материала создаваемых грунтоцементных массивов.

На защиту выносятся:

результаты исследования механизма гидроразрушения различных видов грунтов струями раствора истекающими из струеформирующих на садок при высоком давлении;

результаты исследования режимов гидроразрушения-смешения грунтов струями раствора вяжущего;

технологические схемы закрепления оснований транспортных соорунений;

конструктивно-технологические решения позволяющие наиболее эффективно использовать иреддо;:шнную технологию при производстве работ но глубинному закреплению грунтов.

Научная новизна. Установлены закономерности процесса гидрора: рушеш: I грунтов струями раствора истекающим!! из струеформпрующпх насадок при высоком давлении (до 35 Ша).

Разработаны методы регулирования процессов разрушения-смешен: грунтов при закреплении оснований транспортных сооружений струями еысокого давления.

Разработаны технологические решклы закрепления грунтов СВД.

Предложены каучно-обосноваяныа конструктивные решения глубинного закрепления оснований транспортных сооружений грунтоцементнш ххлетрукциямл с заданными геометрическими размеряй.

Практическая ценность. Разработана новая технология глубинно! закрепления грунтов различных видов ( в том число мгрзлых), позволяющая сокращать трудоемкость работ, снизить материальные и мюргс т^чискле затраты.

Реатанкцля работы . Результата исследований отражены в "Роко-и.огдациях. по струйной технологии сооружения протпвофлльтрзционнш: бец'ЯС, фундаментов, подготовки оснований и разработки мерзлых грунтов" ( ЕЧНлОСП Госстроя СССР, Ч/и: 1939, ).

Наполнены работы по глубинному закрешлэшш грунтов в основана опор мостового перехода через р.Сюнь, БАССР, а так 5:9 на других объектах в г. Иркутске, г.Уфе.. •

Апробация работы. Основные результаты .работы били доложены ■орем на научно-технической конференции молодых ученых "Акту-:ИЫ9 проблемы дорокного строительства" в 1937 г. (СоюздорШИ), региональной научно-техшческой конференции "Применение дос -;ений научно-технического прогресса при обустройстве нефтяных :торождений" в 1989 г. в г. Тюмени, на региональной конференции [тенсифпкация бетонных работ в строительном производстве" в .' . ;9 г. в г. Тюмени, на региональной конференции "Интенсификация 'онных работ в строительном производстве" в 1989 г. в г,Чадя -ске, на научно- ; гичеекпх конференциях "Совершенствование иологии строительного производства" в 1989 - 1992*гг. в г.Ир-ске.

Разделы работы экспонировали ¡¡а выставке ЮТ«-87 в г.Москве, лектив авторов был награжден серебряной медалью за представ -ные разработки.

Публикации. Материалы исследований отражены в девяти онубли-анных в открытой печати статьях, рекомендациях и в описании бретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, их выводов, списка литературы из /?& наименований, в том ле /О на иностранных языках. Общий объем работы стра-маыинописного текста, иллюстраций и таблиц.

АНАЛИЗ СОСТОЯЛ!Я ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ЖСЛЗДОВАШЙ

В литератур!шх источниках методы глубинного закрепления нтов подразделяются на три группы: механические, физико-меха-зские, химические. Механические метода - уплотнение взрывом, ивка ездй для глубинного закрепления грунтов малоприналемц зи с динамическим воздействием, что в свою очородь, моает вести к обратному эффекту- потере устойчивости всего массива как следствие, потере функциональных возможностей сооружения, раемого на слабое основание. К физико-механическим методам эсятоя осушение, термическое закрепление, замораживание. ныв методы имеют ограниченную область применения, а также :че;отся существенными энергозатратами как в процесса произБод-1 работ так и при эксплуатации. Более приемлемы для гдубшшо-закроплания грунтов методы инъекции химических растворов шку-м&тврцадов- цементация, одно- двухрастворнач силикедил, биту- ,

¡зоция, смолизацил и т.п. В донной области широки о наследования

а

провздены советский и заруоо>/ли:лн учеными г гак»« как Адамович Рканицын Б.Л., Соколовач В.Е., Перапн М.И., Ьолоцквй В.Д., Сла Байер 11. и др. Несмотря на достаточно побито и досюворянэ лее давания метода инъекции; охот метод не налсл широкого пр;а:онэк в транспортном строительство ввиду ряда недостатков. Бслэдстел неоднородности грунтов, .шьоцируохый раствор рнспрострашются' пути ишшоныиего сопротивления, заполнят бело о раэрйоеиныо зо грунта, что приводит к образование зон не пропитанных р^створо вяжущего, Это не позволяет создать однородные по прочнсстнам п затолиа массивы заданных геометрических разпзров. Вашим нс-дос ком метода инъекции является и то, что он но ыоает быть рзадаз ван при закреплении грунтов с низким коэффициентом фильтрации, также грунтов в мерзлом состоянии.

С долю преодоления вышеуказанных недостатков проведен по иск принципиально новых технических решений, способных в прквц изменить технологию глубинного закрепления грунтов. Основывало исследованиях .Меллора ¡,{.К.. Штросяна Л.Р., Гитару И.В., Истпд Лртингстоля Д., Ыоди К., нами сделан вывод о возможности приме ния струй высокого давления для глубинного закрепления грунтов

Сущность предлагаемой технологии заключается в реализации многофункциональных способностей струй высокого давления, т.е. направленного разрушения и одновременного смешения грунта стру раствора вяжущего, истекающей под высоким давлением.

' Работами лишеуказанных автором подтверждена способность С разрушать различные м&ториоллы- лед, бетон,. дep6вoJ мерзлые гр ты. Разрушение вели струями воды. На этой основе было выдвинут предположение по возможности разрушать грунты с различными фаз механическими показателями струями раствора вяжущего, образуя самым смэсь грунта с" вяжущим, способную со временем набирать п ность, что и является целью исследований.

Для реализации предположения в практической технологии не ходнмо было решить следующие задачи.

- определить условия технической возможности и целесообразном применения струй высокого давления для закрепления грунтов в о новации транспортных сооружений;

- исследовать процессы гидроразрушения - смешения грунтов стру раствора вяжущего ;

- определить зависимость влияния походных гидравлических рарач роь на технологические роюшы при зацеплении грунтов ОВД;

- обосновать возяоююоть применения цэмонтногрунтошх конотрук

б

-задшшхг-:!! геометрическими размерами сооружаемых при помощи СЕД; провести опытно—производственнуэ проверку принятых на базе про-эдэнкых исследований технических ;г теоретических рзпэниЙ ;

обосновать п регламентировать технологические режимы еодэния хбот при глубинном закрзпленлл грунтов СБД.

РАЗРАБОТКА СТЕНДОВОЙ :.'0ДЕЛ1 И ЛАБОРАТОРНЫЕ ПССЛЗДОПАГШ

. ]''-<•_ 1 прспсссоз глдроразрущзкия грунтов СВД бил

.•эра:* г.-:"г.т':в::т мзхалнзмсз, модзлкругщий пролзЕОДСТВэняуо тэхно-:г:пз в л: ';:.гторних условия:-:. В состав комплекта входили: шсог.о-•порныЗ плун-ор-п;:* насос УН/ 100/320, растовсросмэситель Ш-500, ;стзма пэда-ш раствора под давленном к стуеформлрутсда соплаи, :трс.1стза для закрепления образцов грунта и перемещения и псслод-г:: относительно струи с различными скоростями.

Путем априорного анализа определен круг факторов, влпях'длх I динамику глдроразруления. Дальность действия струи -¡поеной результирующий параметр, вычисляли кале зависимость от гедугдих факторов:

[9 Р0 - давление раствора вяаущего.ЫЙа;

Ы0 ~ Д!1-"5ТР струеформлрующей насадки, мм;

Са -сцепление грунтов, как основной показатель сопротивляемости грунтов гидроразрушашго, Ша;

Р - плотность раствора вянущего, тм-^;

-скорость перемещения струи относительно фронта разрушения, мсгЧ Поскольку эффективность разрушения грунтов гидроструей рэдэляется слознсй функцией, то для установления влияния факто-з, входящих з уровнение (I) .потребовалось бы значительное чле-' опытов, что привело к выводу о целесообразности применения .тематического планирования. Для ведения работ в лабораторных ловлях составлена матрица планирования для пятпфакторного экспо-мента тппайлана Хартли Н5.

Согласно запланированным работам в лабораторных условиях боло полненно следущее: образцы четырех видов грунтов как в талом

ч и хсгсрзлом; состоянии в определенном порядке закрепляли на '

Г.*

перемещающейся относительно струи каретке. Струя раствора, исте вдая из струеформирувдегэ сопла при фиксированных гидравлически: паранвтрах сЬУа, разрушает грунт, образуя щель определенней глубины я ширины,

Результаты - зависимости дальности действия струи в различ них ¿идах грунтов, обработаны на ВС 1045 по программе " ßeGRES. я инторприЯированы в виде полинома

м (2J

Соответственно, для различных видов грунтов, находящихся кг в талом так и в .мерзлом состоянии, были определены зависимости с типу ( 2 ).

Ниже представлены алроксимирувдие регрессионные «одели для глин, суглинков и песков,связывающие дальность действия струи (/ • в исходные гидравлические параметры, а также скорость перемещена, относительно фронта разрушения: -для глин в мерзлом состоянии

х$-=57.4+3.17з£+33.51с4 + 22.Q3d.fl -654.8 V, -211.94с +€64.32 V„ £ 3.752 c^vii +275.97^со+26.89уз -17.43уэг (3).

г-для супесей в Мерзлом состоянии:

^¿=44.8+3.372;? +34.53г&-414.8 Vn- 209.85 Со +28.65 с&/7 +

403.71^-96.8 do Vn +189.6 V/г С0 +38.7jp -22Л/Г (4)

— для мерзлых песков: } /g|=I2.7+5.686^+29.62 с4-122.28 С0 -0.06 А +32.6 -461.87

+569.11 Vn2 -86.89 do Vo +189.87 Vn Co +26.184fi -24.89\f? (5

- для талых песков и легких супесей:

* -172.29+25.99^+117ЛЬсС-294.8^-126.6/7 +61.03/12.994 PQda М,П -17.791^+0.21^7 -I05.3lg(,^+I294.IÖ^-352.4ll<^7-

-0.217 Q

(6)

- для суглинков и глин в талом --состоянии: /й « -164.64+23.43^+106.88с4-36?ЛЭ1 Vn -96.6^7 +54.4/?*-ф1 Д

' 16.99^^ +.7.31^-ЮЭ.З^^+ИВВ.Э'?^1281.23^/J-0.I97/? (7

где,

^ - давление раствора вяхещего в напорной магистрали,Ша; с4>- диаметр струефермирупцей насадки, ш;

- плотность раствора вяжущего, та"®; % - скорость перемещения струи относительно фронта раз -

рушения, мс"1; С0- сцепление грунта, Ша ;

8

2С0

¡00

определены чартныэ зависимости влияния отдельных гидрааян -чоских параметров Р0, на процесс гидроразруыения Рис. I, Рио.2. '

Рнс. I Влияние величины давления ■ раствора вяаущого на дальность действия стр^тг .1,2,3,4 - мелкозернистые ' пески, супеси, суглинки, в талом состояния. При с(0= 2.5 мл, Мп-0.05мс

Рис., 2 Влияние вшппшны струеформя -ругацей насадки на дачьность действия струи. 1,2,3,4 - мелкозернистые иэс-Ю! супеси, суглинки, глины соответственно. При Ро=30 МПа, Уп =0.05 мо™1.

____['- У .

"тз-

——л

/Ж

г,с

5-Ь

Установлено, что степень воздействия струи раствора на разрушаемый массив грунта определяется, в основном, гидравлическим комплексом кратна времени воздийствия,определяемого.ве-

личиной скорости перемещения струи \/п относительно фронта раз -рушения. Рис. 3.

Рис.3 Влияние величины скорости перемещения струи относительно фронта разрушения на дальность действия струи.ж 1,2,3,4 - в песках, супесях, суглинках, глинах ооотезт-

_____СТП0Ш1О..ПРИ Ро=30 МПа, С^, =3.0 мм.

0.05 о.(И£ 035- ая

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ СТРУЯМИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ. НАТУРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Для ведения инженерных расчетов необходимо пмоть обобщавдуа формулу расчета дальности действ!Ш струи с учетом влияния па процесс гидроразрушения комплексного показателя Р0с/02опрэ-далявщпго величину удельной кинетической энергии огрун;

&->»■( ЩМ)* -

гд9,

• ]/а - скорость истечения отруи раствора аяцувдго;

(3)

т, - коэффициент пропорциональности, зависящий от фиэико-механичоских характеристик грунта;

б - корректирующий показатель. Принимая во внимание результаты исследований Л.Р. Цзтросящ по разрушению мерзлых грунтов струями води и выражая скорость ис чения через давление раствора вяжущего \^=13.3УПГ связь м'авд^ величиной дальности действия струи и гидравлическим комшюк

сом Ро сЬр искали в виде:___

• ■ . <*>

где ' $-эмпирический коэффициент, зависящий от фнзико-мехшш

ческих характеристик грунта, характеризующий сопротш

ляемость грунта гпдроразрушеилю, т/-^" .

мин

Экспериментально полученные данные согласно формулы Э преде тгизлеш на Рис.4.

júQ

/ i * -i-i Л

* -

£ -t-Ч' i 0 / ! .

• +

kí

— ■о- 1

J -- — — — —

2 J

1 ' 1 >

Oj

as Ю

3.D

s.o iар

Рис.. 4 Зависимость дальности действия струи от величины ( гидравлического -комплекса Pod^fi/Va . 1,2,3,4 - в мэлкозэрнис тнх песках, супесях, суглинках, в глинах при G0=O.Oü9, 0.026, 0.164, 0.197 Ша соответственно нумерации).

Кроме утох'о подобные зависимости были цолучены для грунтов о другими показателями С0. В результате математической обработди данных был сделан вывод о том, что соотношение Rj_ и величина X-гищэашшчоского комплекса Püd¿Vj}fó удовлетворительно аирокои -Унруются функцной • Значением "в" в дальнейших расчетах

пренебрегали ввиду его незначительной величины-( мьчюе 2>% от ре-аудьтадх^аго ajJU'íülJiW).

Соиротойдад нзминошю СОСТОЯНИЯ грунтов в частности OCHOB1K ГО {IbHUÜUTtíJlH С0 - ОЦОИЛОКИЯ, величины 4 - Обобщающего КО0#!1 UuoiiTii, Xf факторна у еще го сопротиаляимость грунтов пифоразрушош

IÜ

установили, что данная зависимость может быть представлена в ни

(10)

где: /#¿,,/2- безразмерные эмпирические коэффициенты.

Результирующая формула расчета величины дальности действия

.струи определяется выражением: ____

. & ' (ii)

В таблице I представлен« значения и /I для различных видов грунтов, полученные при апрскскмации значений?» уравнением типа

ах*.

Таблица I

Наименование грунта по ГОСТ 25100-85 Коэффициенты

• тг /2 корреляции

Глина 0. I3G -0.383 0.991

Суглинок тугоплас -тичтшй 0. 158 -0.353 0.S8I

Супесь легкая 0. 153 -0.35? 0.973

Песок, молк.'"1 0. 176 -0.237 0.972

■{ - для песков в талом состоянии не обладающих сцеплением применять обсбчшгдай кооффицпент -к =1.037.

Полученная формула 9 позволяет вычислягь'дальность действия струй раствора а различных видах грунтов, принимав за основной показатель сопротивляемости, глдроразрушешда сцепление грунта.

' Дтя установления йсиу/р.цмости влияния исходных гндт^'тнчес-ких параметров на технологические процесса "разрушение -

смешение" грунта с вяжущим были Ечполне1ш .моральные эксперименты в опытно-промышленных условиях. В состав комплекта ма^шн вхо -дали: буровая FS-2ОВ, оснащенная специальным оборудованием -вертлюгом с монитором с вмонтированными струеформируидими насад -нами, смеситель H.I-500, дал приготовления раствора заданной плотности и высоконапорный плушериый насос PQ-7S, позволяющий подавать раствор под давлением до 32,5 Milu. Работы проводила на опытно-производственных полигонах в г. Хфа. На двух площадках о раз -личными геологическими условиями было сооружено 36 различных цз-ментогрунтовых конструкций. При выполнении работ варьировали гидравлические и технологические параметры : Р0 - давдацш поддваэ -мого цементного раствори, 22.0-32.5 МГ1а; <1а - диаметр струе^ор--

мирувщей насадки, 2.0-3.5, мм; <л) - частоту вращения.монитора, мин-* Уц - скорость извлечения монитора, 0.05-0.20, _Р - платность-раствора вяжущего 1.25-1.65 т,\Г3.

Для контроля однородности создаваемых цементогрун.товых массивов заморили плотность смеси радиоизотопным методом,'применяя»-■Прибор ППГР-гШ. Доступ источника-приемника излучения в' це.ментог-рунтовый массив обеспечивали через специально установленные в него трубки. Кроме этого однородность цементогрунтового массива опрв -деляли путем испытания выбуренных кернов и определения содержания в образцах цемента, сравнивая полученные данные с результатами испытаний образцов, приготовленных в лабораторных условиях. На основании проведенных исследований определили перечень основных операций, выполняемых при ведении работ по глубинному закрепле -нию грунтов 'струями высокого давления. В перечень основных опе -раций входят: бурение лидерной скважины до заданной (проектной) отметки; приготовление раствора заданнгй плотности; подача раствора при высоком давлении к монитору; перемещение монитора по схеме "снизу - вверх" до достижения верхней отметки; прекращение нагнетания раствора, остановка перемещения монитора, промывка системы подачи и приготовления раствора.

Проанализировав данные по изменению фактической дальности действия струи, полученные при вскрытии шурфов в обнажении цемен-тогрунтовых массивов, и изменению коэффициентов вариации показа -телей прочности цементогрунта и плотности смеси определили наиболее эффективные диапазоны технологических параметров. Установлено, что соотношение скорости извлечения монитора , см и час -■готы, вращония и) , мпн~* не должно превышать значений 1/12 дня связных и 1/8 для несвязных грунтов. Наличие включений диаметров более 2 с10 при содержании более 10$ по массе существенно снижает дальность действия струи. Поэтому область применения данной технологии необходимо ограничить глинами, суглинками, супесями и мэлкозерниотыми песками содержащими не более 5% включений дна -мэтром более 2 й0 . Сделан вывод о том, что максимальная даль -нооть действия струи, определяющая объем разрушенного грунта при различных режимах перемещения монитора, достигается при предоль -пых значениях с10 и минимальных значениях частоты вра -щадил иО н скорости перемещения I/п монитора в исследуемых диапазонах исходных параметров. Установлено, что наибольшая прочность цемонтогрунтоь достигается при использовании растворов ш-кущэго о шшбэльшоИ плотностью. Для их применения вносоны пол -

равки в конструкции вертлюга и монитора.

Сопоставление расчетных я фактических .показателей дальности, действия струи подтвердило выводи, полученные в результата теоре-* тичэских и экспериментальных исследований.

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ОТРАБОТКА ПРЕДЛАГАЕМОЙ тЕхнатогш

С учетом поправок в технологические процессы, внесенных в • результате проведения опытных работ, на базе Мостоотряда 30 Мосто-треста 4 Главмостостроя СССР был изготовлен комплект оборудования, включающий серийно выпускаемые отечественной промышленностью вы -соконапорные насосы, смесители и буровые установки, обеспечивая -щив устойчивую взаимосвязанную работу в исследовании диапазоне технических и технологических параметров.

Одна из первых работ по глубинному закреплению грунтов ОВД была проведена при ликвидации аварии на мостовом переходе через р. Сюиь в Башкортостане, в 1988 г. (Объект Главмостостроя, бывший Минтранстрой СССР).

В результате прохождения сверхнормативного паводка и нерегулируемого размыва подопорного грунтового массива, русловая опора пятипролетного железобетонного моста дала осадку более 2-х метров. Нарушение движения прервало сообщение между двумя промышленными регионами Башкирии, тем самым принося убытки свыше 350 тно. руб в месяц ( в ценах 1984 г. ). Пря сравнении вариантов возможных решений по закреплении'основания опоры было обосновано и принято применение СВД-технолопш. расчеты выложенные на основании наших рекомендаций проектным институтом БашНИНИ, показали, что для обеспечения устойчивости мостовой опоры, а такие дальнейшей ее эксплуатации необходимо закрепить грунт на глубине 14 м, объемом 360 м~3. Прочность массива должна быть не менее 5.0 МПа. Для достижения поставленной цели работы проводили при следующих гидравлических параметрах и технологических режимах : Р0 - давление нагнетаемого раствора вяжущего 32.2 Ша; de- диаметр струоформи -рующей насадки 3.46 xi; Vn - скорость перемещения монитора 0.005 мс~*; ß - плотность раствора вяжущего, приготовленного на основе цемента; ü) - частота вращения монитора 8 мин"**. Дальность действия струи раствора плотность I.5I тм~3 в мелкозернистых пылевых песках при соблюдении вшеуказанных гидравлических параметров равна 0.9 м. Расчетами установлено, что соотношение " грунт-раствор вяжущего" должен бывь равен .3/1, а содержание це-

мента о закрепленном массиве составит 12.52. Предварительно проведенные в лабораторных условиях опыты показалл, что призмзнная прочность образцов, составленных в данных пропорциях и выдержанных ' 14 суток после приготовления в условиях идентичных производственным равна 5.33 !,Па.

Работы воли в следующей послодовательностп. Буровой усталсз-кой FS- 20В, оснащенной специальны:,! оборудованием - монитором и вертлюгом, размещенной на предварительно отсыпанной вокруг опоры площадке, бурили лпдэрныэ скважины до проектной отметки. Цементный раствор с плотностью I.5I (В/Д =1) поступал в высоконаяорный плунжерный насос РЗ-- 75, далее под давлением по материальны:.! плангам, соответствующим требования:.! ГОСТа 6232-Й3 и ТУ I055G7-S4, раствор поступал к вэртлггу, обеспечивающему подачу раствора г. -вращаемой буровой штанге и, соответственно, к монитору, "ере^-струефор; шрусщие наоадкп, эакрошашыэ в _монитат^; -тру.- раствора, направленные на грунтовый >i3py^jt последний и смо-

(цтортvn^-riu^"«^^;^С-гласио схемы перемещения ¿.uHHTOix.— с'подъемом", образуемый цементогрунтовый

массив имеет форму цилиндра. При достижении монитором отмотки образа фундамента мостовой опоры нагнетание раствора прекращали л, подняв буровую штангу из скважина, промывали оборудование ¡зодой. Всего было сооружено 39 цэмзнтогруктовых колонн. Прочность закрепленного масс?^-., определенная на основании испытаний выбуреи-"«X из тела колони ^ог.тавила 5.21 ШЗ при коэффициенте

вариации что соответствовало задал из. --

Подобные работы бати проведены при глуб'птом" закреплении грунтов в основании различных сооружений в'г. Иркутске, г.Уфе. Общий объом закрепленного грунта превысил 1000 м-3.- Работы про -водили в различных видах грунтов.

Результаты работ подтвердили достоверность исследований и обоснованность назначения гидравлических и технологических параметров.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СВД ДЛЯ СОЗДАНИЯ

простшстшннш: фундаментных конструкций

Одной из вагкых особенностей технологии ОВД при глубинном закреплении грунтов является возможность создавать цемэнтогрун -товыа конструкии различной формы: колонны переменного сечения, колонны с уширенной пятой или с уширенным оголобком, Х-образнно,

У-образки? -.«лепенти и простряксгвеннио конструкции из огголышх слеьингоп. Йзкгиекиб геометрических размеров могет быть достигнуто г.утгн варьирования гилр.:. .злнческпх пярамзтроя и технологических г.з-.ч'.ок при геденич рябо;, распслох«ияя и колличестсз (чсэдок, л переиздание»: !/01;атг>р'Д.

Hi'tÖoicc n-ipcmKVHbJiiJM, по нш:«му мн-гнио, ячляетел приугяйчи« гросч'рсггтр^чшх грунтоц^-ятю:« ячгистых конструкция,Соорукениая т слногакаи нас»п:$ з слоа слабого грунта ячс.стая конструкция гг. л:..? л лот пспчс-чюегп нрочпэго di^гста, с потенци-

ально вкзскоП итгуз;вЛ способность"? и минпмальге;.-: ззтратчх.Осчсв-И)-:с положения теории рэсчсга лчеисть'х конструкцi.t разработаны Б.И.¿»."счкишм, йнсгтм, Р.Яетт«*рррс»л, В.И.Гигопой, Б.ГДср?-

Взиду того, vfo способ устройства ячеистых конструкций без впполншшя з-з.'лляннх работ н?госредетзенно в грунтовой массиве прздлоден нами впервые (A.c. /С¿¿'5/ ? ) ми сочли целесообразны« провести теоретическое исслсдосание и обоснование назначения геометрических ряямеров конструкций с учетом специ+ач-чских особенностей глубинного закрепления грунтов СЗ,Ц.

С этой целью рассмотрели исходную модель (Рис.^П, отражаемою работу ячеистой конструкции на примере работы одной ячейки. С уцэ-тои разработок Б.Хансена, А.И.Каляева били введены следующие допущения:

- пропал происходит путём вертикального перемещения грунтового цилиндра;

. - грунтоаый цилиндр подвержен нагрузкам от собственного веса, веса дородной конструкции и постоянной полезней нагрузки;

- вертикальные напряжения е горизонтальном сечении грунтового цилиндра распределены равномерно и связаны с горизонтальными напряжениями соотношением Я - ;

- сопротивление перемещению грунтового цилиндра создается за счет сил сцепления и трения по боковой поверхности грунтового цилиндра;

- грунт слоя слабого основания имеет несуао'ю способность.

Для установления закономерности распределения напряжений по

высоте грунтового массива рассматривали элементарный объём ввсси для которого уравнение равновесия имеет вид:

ZX-a(C*A&tg<f)cLi +5ca2dof;Q (I2)

/ ' ч

А'ЯСЫПЬ

V/ /77

77?—77Г

\в 1 т.

IM

С

п

СШ'6/И ГРУНТ

77Г-

w-ть, ATwem/ji/Hm/q

V

/

у /

ct а

■ 2а.

2

1ННП

1, щ т а

' I f t М f t f.

GzMfa С*

гля

ГруН'Т

насыпного сооружения, ivIILa;

град.

Рис.5

С - удельное сцепление CL- радиус ячейки, и; If - угол внутреннего трения грунта, JI - коэффициент бокового давления.

После интегрирования уравнения равновесия пог глубине 2 и математических преобразований получено выражение величины вертикальных напряжений. Зная, что величина вертикальных напряжений не' может превышать несущую способность грунта основания P»hj, где Й3- коэффициент'запаса, урапнение можно представить ь еде-

После логарифмирования трансцедентного уравнения выражение для определения радиуса ячейки приняло окончательная вид:

р ' <2 /? Htg ip (I4)

6 " ¿/¿rj^WfPsMl-P«//,]

Расчеты показали, что при рГз личных значениях исходных П£-рамзтров уравнение может быть реализовано и имеет решение. Причем величине изменяется е пределах 0.1 * O.ts и, что входит с диппазон величины дальности действия струй.Таким образои доказано, что конструкции способстеус^ио эффективному nepspaenpa-

1и

. делению напряжений в насыпных сооружениях, целесообразно изготов-• лять при помощи CRH.

Применение струй высокого давления дает возмошюст сооружать принципиально новые грунтоцвментные конструкции или закреплять массивы грунта в основании транспортных сооружений, снижая трудоемкость и материалоемкость работ. Расчеты подтверждают экономическую эффективность данного метода в сравнении с альтернатив-, ными методами. Общий экономический эффект от применения технологии глубинного закрепления грунтов при помощи струй высокого давления на двух объектах производственного внедрения - более 150 тыс. руб ( в ценах 1984 г.).

ОБЩИЕ ШВОЛН

1. На базе отечественного серийно выпускаемого оборудования сконструирован и изготовлен оригинальный стенд, оснащенный спецпаль -ным оборудованием для исследования процесса гидроразругаения грунтов (в том число и мерзлых) при различных гидравлических и технологических параметрах.

2. Проведены исследования механизма гидроразрушения грунтов о различными физико-механическими показателями струями цементного раствора, истекающими при высоком давлении из специальных струе-фор.трующлх насадок. В результате выявлены закономерности характеризующие процесс гидроразрушэния и установлены математические зависимости, описывающие количественные и качественные взаимосвязи исходных гидравлических и технологических параметров. Опреде -лскн условия технической возможности и целесообразности примене-г'п CT-pyfi гмео-.ого .г^л.тення для закрепления грунтов.

Устало?..?; пы з условиях реального щоиззэдстеэнногс» процесса зависимое?;! мэп;,у исхойпсли технологическими параметрами в исследуемом дааяазоио намонония и фпзико-аохэнпческтш свойствами зак-рэплэнш-'Х при немощи СРд грунтоцементшлс массивов заданных reo -метрических размеров.

4. Разработаны гффоктивные пространственные конструкции для обес-пзченпя устойчивости земляного полотна транспортных сооружении

на слабых грунтах. Данные конструкции могут быть реализованы талько с пемощьп технологии ОВД. Новизна технического решения . подтверждена.

5. Разработаны технологические схемы глубинного закрепления оснований транспортных сооружений, выполняемого при использовании струй высокого давления. Введены ограничения и определена об -

ласть реализации данной технологии взавпсимости от наличия включений в закрепляемых грунтах. Предложены метода контроля гооме г-трпческих раз:,-еров, однородности и прочности получае:мх при закреплении грунцементннх массивов.

6. Разработано и изготовлено в опытном исполнении специачьное оборудование для ведения опытно-производственных работ. Проведено глубинное закрепление грунтов на объектах транспортного строительства.

7. Проведенный комплекс исследований позволяет предложить для .широкого производственного применения новый способ глубинного закрепления грунтов в основании земляного полотна и искуствонных сооружений расположенных на слабых грунтах, основанный на применении струй раствора ачжуиюгэ, истекающих из специальных струе -формирующих насоцок при высоком давлении. Для реализадии метода автором сконструирован агрегат и разработана научно обоснованная технология.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Коеый способ глубинного закрепления грунтов.Материалы роги -опальной конференции "Применение достижений научно-технического

.. процесса при обустройстве нефтяных месторождений".-Тюмень,-218с.

2. Повышение несуще-'' способности насыпных сооружений на слабых грунтах. Труди ЖП'ОСП Госстроя СССР, "Теоретическое и экспери -ментальное обоснованно новых конструкций и технологий в фунда -ментостроении", вып. 89, -!, Î. : Госстрой СССР, 1988, -184с.

3. Опыт применения гпдроструйной технологии дтя укрепления грунтов. В журн.:"Основания, фундаменты и механика грунтов", 151,41.: Стройпздат,1988, с.19-21 (соавтор Л.Р.Петрэсян).

4. Перспективы применения гидроструйной технологии. В »урн.: "Автомобильные дороги", -М. : Транспорт, У/7 ', 1988, с 9 (соавтор И.Е.Евгеньев ).

5. Укрепление грунтов при помбщи струй высокого давления./В сб. "Совершенствование технологии строительного производства". -Иркутск! Знание,,.1988, -28 с. (соавтор Петров A.B. )

6. Рекомендации по струйной технологии сооружения противофильт-рационных завес, фундаментов, подготовки оснований и разработки мерзлых грунтов. Разделы 3,5. Ч,1.:ШШ0СП Госстроя СССР,1989,.

. -89 с. (соавторы В.Н. Корольков, С.Г.Сухаров, С.Г.Кпсловец),

7. Закрепление грунта струями высокого давления./В сб.:"Интен -сификадия бетонных работ в строительном производство", под об -

рзд. В.Я.Гендана,-Челябинск: ТСО Юяуралотрой, Стройиндуст -

18

:: т Í9G9, -IC3 с.

-<, Прогноз прстнсстни" яо.тгсг.гнассяБоз грунта 35:;рпл:;;:л.::: г;'':т:оот7у-г:'!" гл-оскэго давления.со'.: ''Сопог-'-опстзопаняо г:рсо::~ г:п:г/пш;пя, гегенологг;; ;; г.ргатнгэрцн:! стр;;::-,эл1;"ого ,

-i:r;yxo:;: IÏ70 СтроПгнлустт;пгл, 1-Э1, - л8 с.

&зт>рсьсз сг";утэлгс?20 iC-2^517 \ Ccr:orain:o чяслпя. -М.:/ , I?3I, (oor^TOj :: ií.E. Гзгэнкз, Л.?. Гятросп;, М.'З.Ксчгрпл).