автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Уплотнение лессовых просадочных грунтов Центральной Азии замачиванием и энергией взрывов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в научно- исследовательской работе лабораторных, полевых, производственно-экспериментальных и теоретических исследований можно сделать основные выводы и предложения:

1. В условиях Республики Таджикистан описаны деформации зданий и сооружений, возведенных на лессовых просадочных грунтах, в выявлении причин которых автор принимал участие. В особенности это касается эксплуатации магистральных газопроводов на структурно-неустойчивых грунтах на участке Душанбе-Турсунзаде. Анализ этих причин и разработанные рекомендации позволит избежать ошибок при изысканиях, проектировании оснований и эксплуатации сооружений в сложных инженерно-геологических условиях.----

2. Полевые крупномасштабные экспериментальные исследования уплотнения лессовых просадочных грунтов с помощью замачивания и энергии взрывов позволили выявить:

- основные факторы, влияющие на эффективность, применимость и экономичность исследуемого метода. Эффективность обусловливается строго расчетным количеством и технологией подачи воды, параметрами взрыва (масса ВВ, шаг и глубина размещения) и параметрами скважин (диаметр, шаг, глубина), его применимость - сложностью рельефа, мощностью и свойствами грунтов просадочной толщи,,условиями существующей застройки, а экономичность зависит от оптимальных параметров скважин, способов бурения, времени подготовки4 основания и наилучших параметров взрыва;

- эффект уплотнения лессовых просадочных грунтов замачиванием и энергией взрывов проявляется при определенной степени влажности и глубине производства взрывов. Для инженерно-геологических условий Центральной Азии степень влажности грунта должна быть не менее 0,75, а критическая глубина размещения заряда ВВ - 5-6 м. Надежное уплотнение грунтового массива достигается при оптимальной степени водонасыщения - 0,8-0,85;

- экспериментальную зависимость удельной поглощаемости скважин от ее диаметра, глубины и времени водонасыщения грунтового массива. Установлено, что с увеличением глубины скважины ее удельная поглощаемость не изменяется. По результатам исследований предложена экспериментальная зависимость удельной поглощаемости от диаметра скважин. Последняя дает возможность определять поглощаемость скважины, необходимой для назначения диаметра, глубины и шага между ними;

- качественное уплотнение лессового просадочного грунта происходит пр водонасьпцении улучшаемого массива лессовых пород до влажности соответствующей влажности на границе его текучести, что является достаточным и необходимым условием. Этому условию соответствуют предложенные формулы для определения расчетного количества воды, учитывающие прямую зависимость между влажностью на границе текучести, косвенно характеризующий гранулометрический состав грунта, плотностью сухого грунта и количеством подаваемой воды. Расчет количества воды по предлагаемым формулам позволяет сократить ее количество от 7,8 до 43,6%. Последнее дает возможность дополнительно сократить сроки строительства и снизить его стоимость;

- применение предлагаемых формул требует равномерного водонасы-щения грунтового массива, так как к моменту завершения подачи расчетного количества воды степень водонасыщения грунта непосредственно у скважин более 0,9, а в наиболее удаленных точках - С<С(,. Равномерная увлажненность уплотняемого грунтового массива достигается устройством перерыва в процессе замачивания от 2 до 5 суток до начала производства взрывных работ;

- перерывы от 2 до 5 суток в процессе замачивания до начала производства взрывов не ухудшает качество уплотнения грунтов. Более того, при увлажнении грунтов до влажности соответствующей границе текучести они обязательны, так как способствуют перераспределению влаги в грунте между скважинами, улучшению качества уплотнения и исключает выход воды на поверхность уплотняемого массива.

- для лессовых просадочных грунтов мощностью до 15 м радиус вертикального распространения воды превышает в 1,5 раза радиус ее горизонтального распространения. С учетом написанного выше и в зависимости от расположения скважин (по квадратной сетке или при их шахматном расположении) предложены формулы устанавливающие взаимосвязь между мощностью просадочной толщи, глубиной поглощающих скважин и шагом их расположения;

- развитие зон увлажнения грунта вокруг одиночной скважины происходит в основном под действием капиллярно-сорбционных сил. Влияние сил гравитации проявляется вблизи от боковой поверхности скважин (где в>0,8). Соотношения радиусов распространения влаги вниз и по горизонтали изменяется во времени от 1,0 до 1,4. Для расчетов эту величину рекомендуется принимать 1,4-1,5. Форма зоны увлажнения зависит от отношения глубины скважины к ее диаметру. При ЫА < 20 зона увлажнения имеет форму близкую к сфероиду, а более 20- к эллипсоиду;

- экспериментальное изучение изменения нормальных максимальных напряжений на фронте ударной волны при ее удалении от источника взрыва в виде зависимости, удовлетворяющей принципу подобия: позволило для наиболее часто встречающихся грунтов Центральной Азии с рй =1,3.Л .4 т/м3 и 3р = 0,06.0,10 при их увлажнении до влажности на границе текучести рекомендовать расчетные значения: //ст=3 и 6,5. Меньшая величина Ка относится к грунтам с О =0,75.-0,8, а большая - с С) =0,85.0,9;

- лессовые просадочные грунты наиболее качественно уплотняются в зоне, где взрывом их структура разрушается полностью. За границу этой зоны следует принимать точки массива вокруг источника взрыва, в которых касательные напряжения, возникающие в грунте при прохождении взрывной волны, равным предельному сопротивлению грунта сдвигу. Вне указанной зоны, до превращения волны из ударной в сейсмическую, структура фунта нарушается частично;

- исследованиями многих специалистов установлено, что" ниже глубины 16.18 м под действием природного давления, равного 0,3 МПа и более, в подавляющем большинстве случаев лессовый грунт при водонасыщении теряет свои просадочные свойства полностью и дополнительного действия взрыва не требуется. Под действием же давления в 0,2 МПа просадочность грунта устраняется на 80-90%, а от последующего действия взрыва грунт доуплотняется. Остаточная просадочность грунтов ниже глубины 12 м, где природное давление превышает 0,2 МПа, очень незначительна, ею можно пренебречь и ограничить расчетную мощность слоя с полным нарушением структуры (Н„) 12 м, в пределах которой и следует устанавливать заряд ВВ соответствующего веса. Глубина размещения заряда ВВ составляет от 3 до 6 м, зависит от веса заряда и устанавливается исходя из технико-экономического обоснования;

- результаты проведенных натурных экспериментальных исследований с расположением заряда ВВ на различных глубинах полностью под твердили рациональность значительного уменьшения длины взрывных труб. При этом степень уплотнения грунтового основания остается достаточно высокой, облегчается процесс извлечения труб из уплотненного грунта и сокращается расход дефицитного материала. При уплотнении лессовых просадочных грунтов предварительным замачиванием и энергией взрывов глубину расположения заряда ВВ (т.е. длину взрывных труб) можно принимать минимальной. Однако при этом необходимо иметь в виду, что такая глубина должна быть больше той, ниже которой не имеет место выброс грунта.

- параметры взрыва в исследуемом способе - масса зарядов ВВ, глубина их размещения и шаг между ними назначаются в зависимости от свойств уплотняемого грунта, которыми он обладает к моменту взрыва после замачивания, а также его мощности. Их рекомендуется определять по нижеследующим зависимостям:

3. Разработан и внедрен в практику ирригационного строительства способ устройства каналов на лессовых просадочных грунтах значительной мощности, позволяющий одновременно устраивать русло канала и уплотнять его основание, что значительно снижает затраты труда и времени.

4. Разработаны конструкции взрывных контейнеров, поглощающих и поглощающе-взрывных скважин, которые способствуют снижению материальных и трудовых затрат (соответственно стоимости уплотнения лессовых просадочных грунтов), не снижая при этом качества подготовки оснований возводимых зданий и сооружений (а.с. №1037729, 1095688, 1203190). Некоторые из разработанных конструкций контейнеров позволяют создать направленность взрыва, более полно использовать его энергию на разрушение структурных связей водонасыщенного грунта и снизить эффект сейсмического воздействия на окружающие строения.

5. Динамический характер взрывных воздействий на грунтовый массив, скорость колебаний которого на расстоянии до нескольких метров превышает этот показатель при девятибальном землетрясении, исключает сейсмические просадки оснований, имеющие место в период эксплуатации зданий и сооружений, возведенных на основаниях, подготовка которых производилась методом предварительного замачивания.

6. Разработаны и внедрены в практику строительства на строительных объектах Центральной Азии новые способы уплотнения грунтов с помощью энергии поверхностных и глубинных взрывов, позволяющие исключить доуплотнение верхних слоев грунтового основания, более полнее использовать энергию взрыва на уплотнение и снизить сейсмическое воздействие на окружающие здания и сооружения (а.с.1095688), снизить металлоемкость, сэкономить воду и дренажный материал (а.с. 1203190, 13955762, 1170042).

7. Теоретические и экспериментальные исследования влагопереноса в зоне аэрации лессовых пород привели к нижеследующим результатам:

- разработана математическая модель процесса увлажнения лессово--го просадочного грунта вокруг цилиндрического источника замачивания и сформулирована краевая задача для определения неизвестного положения границы смоченной зоны в любой момент времени и распределения свободной влаги внутри этой зоны. Произведен анализ исходной краевой задачи. Выявлен характер профиля относительной влажности для такого пограничного слоя вблизи фронта смачивания. Для двумерных задач это решение получено впервые;

- сделаны математические приближения исходной задачи, их физическое обоснование и получено аналитическое решение дифференциального уравнения влагопроводности грунта в случае одномерной задачи;

- решение дифференциального уравнения одномерной задачи инфильтрации влаги в грунтовом массиве и его графическая интерпретация позволили разработать новый метод определения коэффициента фильтрации грунтов. Способ отличается низкой трудоемкостью и стоимостью, особенно при определении фильтрационных параметров (коэффициент фильтрации, водопроницаемость и влагопроводность) в пределах нескольких инженерно-геологических элементов;

- привлечены новые идеи и подходы для разработки более эффективных методов определения фильтрационных параметров грунтов в зоне аэрации на основе параметрической идентификации методом скользящих модулирующих функций (СМФ). Метод СМФ позволил разработать новый полевой метод определения коэффициента влагопроводности в вертикальном и горизонтальном направлениях;

- разработанные полевые методы определения фильтрационных свойств грунтов в конкретных инженерно-геологических условиях позволяют учитывать анизотропные свойства лессовых пород и корректно назначить параметры поглощающих скважин (глубина, диаметр и шаг между ними), необходимые для расчета времени замачивания уплотняемого грунтового массива. Правильное назначение параметров водо-насыщения обеспечивает равномерность замачивания лессовых пород, следовательно - качество уплотнения грунта.

8. Предложены новая методика определения параметров водонасыще-ния грунтового массива при устройстве оснований с помощью ускоренного замачивания и «Рекомендации по уплотнению лессовых просадочных грунтов замачиванием и энергией взрывов в условиях Центральной Азии».

По теме диссертации автором опубликовано свыше 50 работ. Основные результаты, изложенные в диссертации (форма научного доклада), отражены в нижеследующих публикациях.

Монографии и брошюры

1. Тахиров Й.Г. Современные методы уплотнения и закрепления лессовых просадочных и водонасыщенных грунтов в Таджикской ССР. /ТаджикНИИНТИ, - Душанбе, 1979 г. - 43 с.

2. Тахиров И.Г., Рузиев А.Р., Абдуллаев А.У. Опыт уплотнения просадочных грунтов замачиванием и глубинными взрывами в условиях Таджикистана. /ТаджикНИИНТИ, 1982 г. - 43 с.

3. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У. Опыт уплотнения просадочных грунтов замачиванием и энергией взрывов Средней Азии. /ТаджикНИИНТИ, Душанбе, 1986 г.-48 с.

4. Тахиров И.Г. Аварии зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах в сейсмических условиях Таджикской ССР. /ТаджикНИИНТИ, -Душанбе, - 1989 г. - 61 с.

5. Тахиров И.Г., Купайи Г.Д., Ашуров О С. Определение фильтрационных параметров лессовых пород в зоне аэрации. /ТаджикНИИНТИ, Душанбе,-1992 г.-20 с.

6. Тахиров И.Г., Купайи Г.Д., Ашуров О.С. Определение фильтрациолн-ных параметров лессовых пород в зоне аэрации./ТаджикНИИНТИ. -Душанбе, -1992 г. - 120 с.

7. Купайи Г.Д., Тахиров И.Г., Ашуров О.С. Идентификация фильтрационных параметров грунтов. /НПИЦентр. - Душанбе, 1993 г. - 126 с.

8. Тахиров И.Г. Уплотнение лессовых просадочных грунтов замачиванием и энергией глубинных взрывов в сейсмических условиях Центральной Азии. /НПИЦентр. - Душанбе, - 1994 г. -110 с.

9. Тахиров И.Г., Купайи Г.Д., Абдуллаев А.У., Убайда Ал-Кадири. К вопросу определения параметров водонасыщения грунтового массива при устройстве оснований с помощью ускоренного замачивания. /ТаджикНИИНТИ, - Душанбе, 1995 г. - 46 с.

10. Тахиров И.Г. Уплотнение лессовых просадочных грунтов замачиванием и энергией взрывов в сейсмических условиях Центральной Азии (теоретические исследования). /НПИЦентр. -Душанбе, 1996 г. - 154 с.

11. Тахиров И.Г.Уплотнение лессовых просадочных грунтов замачиванием и энергией взрывов в сейсмических условиях Центральной Азии (экспериментальные исследования) части 1 и 2. /НПИЦентр - Душанбе, -1998 г. - 324 с.

12. Тахиров И.Г. Уплотнение лессовых просадочных грунтов замачиванием и энергией взрывов в сейсмических условиях Центральной Азии (практика, рекомендации). /НПИЦентр - Душанбе, -1998 г. - 144 с.

Статьи

1. Тахиров И.Г. Рузиев А.Р. Исследования эффективности уплотнения просадочных грунтов предварительным замачиванием^ и энергией взрывов. Тезисы доклада. В сб. материалов Всесоюзного семинара «Современные проблемы мелиорации освоения просадочных территорий и пути их решения. Душанбе, 1976.

2. Тахиров И.Г., Рузиев А.Р. К вопросу уплотнения просадочных грунтов большой мощности в условиях Таджикской ССР. Тезисы доклада. Труды республиканской Конференции, Душанбе, 1977.

3. Кундрюцкий Ю.М., Литвинов И.М., Тахиров И.Г. Уплотнение просадочных грунтов замачиванием и глубинными взрывами в Таджикской ССР. - В кн.: Основания и фундаменты. - Киев: Будивельник, 1977. с. 56-59.

4. Тахиров И.Г., Рузиев А.Р. К вопросу об уплотнении лессовых просадочных грунтов предварительным замачиванием и энергией взрывов. Тезисы доклада. Труды молодых ученых Кыргызстана, Фрунзе, 1978.

5. Тахиров И.Г. К вопросу о сейсмоопасных зонах при уплотнении лессовых макропористых грунтов предварительным замачиванием и глубинными взрывами. Тезисы доклада на Всесоюзной конференции «Традиционные и новые вопросы сейсмологии и сейсмостойкого строительства, Душанбе, 1979.

6. Тахиров И.Г., Рузиев А.Р., Абдуллаев А.У. Опыт уплотнения просадочных грунтов замачиванием и глубинными взрывами в условиях Таджикской ССР. - В кн.: Проектирование и строительство зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах. т.З. - Барнаул: 1980 . с. 35-41

7. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У., Андреичев М.В. Деформации лессовых просадочных грунтов в основаниях магистральных газопроводов. Экспресс -информация «Газовая промышленность», серия «Транспорт, хранение и использование газа в народном хозяйстве». М.: 1980, вып. 7.-с.11-16.

8. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У., Галлиулин З.Т., Андреичев М.В. Особенности прокладки газопроводов на лессовых просадочных грунтах. /В кн.: Повышение надежности и эффективности газотранспортного оборудования. - М.: ВНИИГАЗ, 1982. - с. 76-84.

9. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У., Рузиев А.Р., Кудусов А. К вопросу об уплотнении лессовых просадочных грунтов замачиванием и глубинными взрывами. /ДАН Тадж. ССР, 1982, т. XXV, №9. с. 563-567.

10. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У. Определение расчетного количества воды при уплотнении лессовых просадочных грунтов замачиванием и энергией взрывов. /Доклады АН Тадж. ССР, 1984, №4

11. Тахиров И.Г. Исследование и внедрение способа уплотнения лессовых просадочных грунтов замачиванием и энергией взрывов в условиях Средней Азии. Тезисы доклада. Труды 8ой конференции института «Гидропроект». Москва, 1984

12. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У. Опыт уплотнения лессовых просадочных грунтов в условиях Средней Азии энергией глубинных взрывов и предварительным замачиванием. - М.: Энергетическое строительство, 1985, №1. с.63-67. -

13. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У. Внедрение в практику строительства способа уплотнения лессовых просадочных грунтов энергией глубинных взрывов. - Ташкент: Архитектура и строительство Узбекистана, 1985, №3.

14. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У. Уплотнение лессовых просадочных грунтов в условиях сложного рельефа энергией взрывов с предварительным замачиванием. - М.: Энергетическое строительство, 1986, №7. с. 16-19. :------—;

15. Тахиров И.Г., Абдуллаев А.У. Уплотнение лессовых просадочных грунтов в условиях сложного рельефа энергией взрывов с предварительным замачиванием. - Ташкент.:, Архитектура и строительство Узбекистана, 1986, №7.

16. Тахиров И.Г. К вопросу об устойчивости склонов при их уплотнении замачиванием и энергией глубинных взрывов. Сб. трудов Всесоюзного совещания по устойчивости склонов, Киев-Черновцы, 1987.

17. Тахиров И.Г. Эксплуатация газопроводов на просадочных грунтах. В кн.: Трубопроводный транспорт - М.: ВНИИГАЗ, 1987. с.26-29.

18. Тахиров И.Г., Пулатов П.А., Абдуллаев А.У. О математическом моделировании процесса увлажнения лессового просадочного грунта. /Докл. АН Тадж. ССР. -1987. - Т.ХХХ, №6. -с.346-348.

19. Купайи Г.Д., Тахиров И.Г., Чекалин В.Г. Применение метода параметрической идентификации для определения влагопроводности лессовых грунтов. /Докл. АН Тадж. ССР, -1988. Т.31, №№1. -с. 15-18.

20. Купайи Г.Д., Тахиров И.Г., Чекалин В.Г. Идентификация параметров влагопроводности нелинейной модели процесса увлажнения лессовых грунтов. /Известия АН Тадж. ССР, -1991. -№2(119). -с.66-72.

Рекомендации по внедрению метода в практику строительства

1. Методические рекймендации по уплотнению просадочных грунтов гидровзрывным способом. НИИСК Госстроя СССР, Киев, 1980. (соавтор).

2. Инструкции по уплотнению просадочных грунтов гидровзрывным способом. Госстрой Украинской ССР, Киев, 1980 (соавтор).

3. Временные рекомендации по устройству магистральных газопроводов на лессовых просадочных грунтах. ВНИИГАЗ - Таджикский политехнический институт, Москва - Душанбе, 1981 (разработчик).

4. Рекомендации по уплотнению просадочных грунтов большой мощности гидровзрывным методом. НИИСК Госстроя СССР, Москва, 1984 (соавтор).

Проведенные теоретические, экспериментальные и опытнопроизводственные исследования позволили разработать новые способы уплотнения грунтов, на которые получены охранные документы:

1. Способ образования русла канала. A.c. № 658928 СССР.

И.Г.Тахиров.

2. Способ уплотнения лессового просадочного фунта. A.c. № 1170042

СССР. И.Г. Тахиров, А.У. Абдуллаев.

3. Способ уплотнения просадочного грунта. A.c. № 1203190 СССР/ И.Г. Тахиров, А.У. Абдуллаев.

4. Взрывной контейнер. A.c. № 1037729 СССР/И.Г. Тахиров, А.У. Абдуллаев, А.Р. Рузиев.

5. Способ уплотнения лессовых просадочных грунтов. A.c. № 1395762 СССР/А.У. Абдуллаев, И.Г. Тахиров, М.Н. Голубев.

6. Способ уплотнения просадочных грунтов. A.c. № 1095688 СССР/И.Г. Тахиров, А.У. Абдуллаев.

7. Способ определения коэффициента фильтрации грунта. A.c. № 1733559 СССР/И.Г. Тахиров, И.А. Ябко, П.А. Пулатов, А.У. Абдуллаев, Г.О. Орипов, Д.И. Лаврусевич.

8. Способ определения параметра водопроницаемости грунта. A.c. № 1796741 СССР/И.Г. Тахиров, Г.Д. Купайи, А.У. Абдуллаев, ИМ. Тахиров.