авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Совершенствование способа устройства буроинъекционных свай в маловлажных грунтах с использованием электрических разрядов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

САМАРИН Дмитрий Геннадьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА УСТРОЙСТВА

БУРОИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ В МАЛОВЛАЖНЫХ ГРУНТАХ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ

05.23.02 – Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск – 2005

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете и Научно-исследовательском институте строительных материалов, г. Томск

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Полищук Анатолий Иванович

Научный консультант: кандидат технических наук,

доцент

Ющубе Сергей Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Кушнир Семен Яковлевич

кандидат технических наук,

доцент

Нуждин Леонид Викторович

Ведущая организация:

Сибирский государственный университет путей сообщения (г. Новосибирск)

Защита диссертации состоится «7» декабря 2005 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.02 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, корп. 2, читальный зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «5» ноября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета: Недавний О.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы в практике строительства и реконструкции зданий большой интерес проявляется к фундаментам из буроинъекционных свай, создаваемых при помощи электрических разрядов в бетонной смеси (электроимпульсный способ устройства свай). Такой способ позволяет уплотнять околосвайный грунт и уширять ствол сваи, что обеспечивает их высокую несущую способность.

Электроимпульсный способ устройства свай используется в основном в слабых обводненных грунтах. До настоящего времени практически не было научного обоснования его применения в маловлажных грунтах, например, песчаных. Такие грунты интенсивно обезвоживают бетонную смесь, что приводит к нарушению устойчивости процесса устройства свай. В научно-технической литературе мало результатов экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния системы буроинъекционная свая – маловлажный грунт, формируемой при действии электрических разрядов в бетонной смеси, и влияния на эту систему энергетических параметров электрических разрядов.

Совершенствование электроимпульсного способа устройства свай в маловлажных песчаных грунтах позволит повысить надежность и эффективность использования буроинъекционных свай, создаваемых при помощи электрических разрядов.

Актуальность диссертационной работы подтверждается выполнением ее разделов по следующим госбюджетным темам:

1. Использование электроимпульсных технологий для изготовления буроинъекционных свай в условиях реконструкции и восстановления зданий. Грант Министерства образования РФ на 2002 – 2004 г.г., Т.02 – 12.1 – 1029.

2. Создание строительных композиционных материалов на основе местного сырья и нетрадиционных технологий. ЕЗН Рособразования РФ ГНУ НИИ СМ (г. Томск) по теме 2.2.02 (регистрационный номер 01.2002044375) на 2002 – 2005 г.г.

Объект исследования модель буроинъекционной сваи в маловлажном песчаном грунте

1, устраиваемой при действии электрических разрядов в бетонной смеси.

Предмет исследования взаимодействие ствола буроинъекционной сваи с маловлажным грунтом основания при действии электрических разрядов в бетонной смеси.

Метод исследования экспериментальный, с использованием моделей свай диаметром 110 мм и околосвайного маловлажного песчаного грунта.

Цель работы – разработка способа устройства буроинъекционных свай в песчаных грунтах с использованием электрических разрядов, обеспечивающего возможность его эффективного применения при малой влажности основания.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

1. Разработать методику исследований формирования системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт при действии электрических разрядов в бетонной смеси.

2. Установить рациональные энергетические параметры электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай в маловлажных песчаных грунтах и их влияние на силовое действие разряда в бетонной смеси.

3. Определить состав бетонной смеси, обеспечивающий сохранение ее пластических свойств при электроимпульсном способе устройства буроинъекционных свай в маловлажных песчаных грунтах.

4. Исследовать напряженно-деформированное состояние формируемой системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт при действии электрических разрядов в бетонной смеси.

5. Разработать рекомендации по определению геометрических размеров и несущей способности буроинъекционных свай, устраиваемых при помощи электрических разрядов в маловлажных песчаных грунтах.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что определяющим фактором при формировании уширения ствола сваи с использованием электрических разрядов в маловлажных песчаных грунтах является квазистатическое давление парогазовой полости, создаваемое разрядом снаряда-излучателя при энергии импульса 1,8 – 4,5 кДж. Время нарастания давления до его максимального значения 1500 – 1800 кПа составляет 1,5 мс. Роль ударной волны при формировании уширения ствола буроинъекционной сваи в маловлажных песчаных грунтах незначительна.

2. Установлено влияние энергетических параметров разряда (напряжения, разрядной емкости, межэлектродного расстояния) и времени действия импульсной нагрузки на напряженно-деформированное состояние системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт при ее устройстве. Выявлено, что при увеличении времени действия импульсной нагрузки от 2 до 6 мс происходит рост диаметра ствола сваи и интенсивное развитие зоны уплотнения маловлажного песчаного грунта вокруг буроинъекционной сваи.

3. Установлено, что в маловлажных песчаных грунтах при устройстве буроинъекционных свай электроимпульсным способом происходит интенсивное обезвоживание бетонной смеси в результате выдавливания ее жидкой составляющей импульсной нагрузкой. Устойчивый процесс устройства свай обеспечивается использованием модифицированной бетонной смеси с гелеобразующим веществом. Введение в бетонную смесь метилгидроксиэтилцеллюлозы (Walocel мкх 25000 рр 20) в объеме 0,03 % от массы смеси позволяет сохранять ее пластические свойства в течение всего интервала времени устройства сваи.

Достоверность и обоснованность результатов исследований, выводов диссертационной работы гарантирована: объемом экспериментальных исследований, обеспечивающим возможность статистического анализа результатов; использованием современных методов измерений; адекватностью расчетных и экспериментальных данных по оценке уширения ствола сваи.

Практическая значимость и реализация работы. Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:

  • разработан экспериментальный модуль, позволяющий моделировать процесс устройства буроинъекционной сваи и напряженно-деформированное состояние системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт при действии электрических разрядов в бетонной смеси;
  • разработаны приемы устройства буроинъекционных свай электроимпульсным способом в маловлажных песчаных грунтах;
  • разработаны рекомендации по определению диаметра буроинъекционных свай, устраиваемых при помощи электрических разрядов в маловлажных песчаных грунтах, и оценке их несущей способности.

Разработанный способ устройства буроинъекционных свай при помощи электрических разрядов в маловлажных песчаных грунтах принят к использованию в 2004 г. предприятием ООО "ГеоТом" (г. Томск).

Установленная последовательность технологических операций формирования буроинъекционной сваи использована в 2004 – 2005 годах ФГНУ НИИ высоких напряжений (г. Томск) при разработке аппаратуры для электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай в маловлажных грунтах.

Результаты диссертационной работы используются с 2004 г. в Томском государственном архитектурно-строительном университете (ТГАСУ) при чтении лекций по дисциплинам: «Специальный курс по фундаментостроению», «Основы проектирования и устройства фундаментов реконструируемых зданий» для студентов, магистров и аспирантов строительного факультета, а также для слушателей Института повышения квалификации ТГАСУ.

Личный вклад автора состоит:

  • в определении энергетических параметров и разработке состава бетонной смеси для электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай в маловлажных песчаных грунтах;
  • в проведении экспериментальных исследований формирования системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт основания при действии электрических разрядов в бетонной смеси;
  • в установлении закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния формируемой системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт основания при действии электрических разрядов в бетонной смеси;
  • в научном обосновании разработок по способу устройства буроинъекционных свай, защищенных патентами РФ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты экспериментальных исследований состава бетонной смеси и энергетических параметров для электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай в маловлажных песчаных грунтах.

2. Результаты исследований напряженно-деформированного состояния формируемой системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт основания при действии электрических разрядов в бетонной смеси.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на Международной научно-практической конференции «Качество – стратегия 21 века» (Россия, Томск, 2003 г.); на 60 – 62 научно-технических конференциях НГАСУ (Россия, Новосибирск, 2003 – 2005 г.г.); на научно-технической конференции «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации фундаментов, мостов и автомобильных дорог. Механизация строительства. Охрана окружающей среды» (Россия, Пермь, 2005 г.); на научно-технических конференциях и межкафедральных семинарах ТГАСУ (Россия, Томск, 2004 – 2005 г.г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в семи научных работах и двух патентах Российской Федерации.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 175 страниц, включая 118 страниц текста, 77 рисунков, 15 таблиц и приложения. Список литературы содержит 134 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и приведена общая характеристика работы.

В первой главе дан литературный обзор опыта применения электроимпульсных технологий в геотехническом строительстве.

Современный уровень развития электроимпульсных технологий в геотехническом строительстве достигнут благодаря исследованиям Бахолдина Б.В., Гаврилова Г.Н., Далматова Б.И., Ломизе Г.М., Улицкого В.М., Борисенкова В.И., Бровина С.В., Бухова В.М., Гильмана Я.Д., Головченко В.Т., Джантимирова Х.А., Евдокимова В.С., Егорова А.Л., Еремина В.Я., Кадушкина Ю.В., Кириллова Ю.А., Коровина С.К., Королева Б.А., Куркова В.И., Мещерякова А.Н., Муха А.Г., Ромащенко Н.М., Семушкиной Л.А., Хлюпиной Л.П., Шеляпина Р.С., Юткина Л.А., Яссиевича Г.Н. и других. Существенное развитие электроимпульсные технологии получили в г. Москве при устройстве буроинъекционных свай, где они реализуются проектно-строительной фирмой РИТА и другими организациями с 1992 года.

Электроимпульсные технологии устройства буроинъекционных свай существенно повышают их несущую способность. Это связано с формированием уширения ствола сваи и уплотненной зоны в околосвайном пространстве при действии электрических разрядов в бетонной смеси. Электроимпульсные технологии устройства буроинъекционных свай используются в основном в слабых обводненных грунтах. Такие грунты, при силовом действии электрических разрядов, возбуждаемых в бетонной смеси, легко разжижаются и уплотняются. При этом ствол буроинъекционной сваи получает необходимое уширение. Однако в маловлажных грунтах, например песчаных, эффективность электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай снижается. Одним из решающих факторов является время действия импульсной нагрузки, которого оказывается недостаточно для уширения ствола сваи. Анализ результатов исследований применения электроимпульсных технологий в различных отраслях промышленности показывает, что время действия давления от разряда в значительной степени определяется соотношением энергетических параметров разряда (напряжения и разрядной емкости). При соотношении энергетических параметров разряда, обеспечивающих переход с теплового пробоя межэлектродного промежутка на лидерный, увеличение энергии разряда может обеспечить рост длительности действия импульсной нагрузки и, соответственно, повысить эффективность электроимпульсного способа устройства свай в маловлажных грунтах.

При изготовлении буроинъекционных свай свойства бетонной смеси, в которой происходит электрический разряд, могут изменяться, например, вследствие ее обезвоживания. Это приводит к резкому уменьшению давления на стенке скважины, и к нарушению устойчивости или к полной остановке процесса устройства свай. Поэтому, требуется изучение фильтрации воды в системе буроинъекционная свая – грунт и оценка ее влияния на процесс устройства сваи электроимпульсным способом.

Установлено, что достаточно трудной задачей является прогнозирование геометрических размеров поперечного сечения ствола сваи, устраиваемой электроимпульсным способом. Решение этой задачи сводится к оценке напряженно-деформированного состояния системы буроинъекционная свая – маловлажный грунт основания. В настоящее время размеры уширения ствола сваи определяются по аналоги с размерами камуфлетной полости, образуемой при взрыве взрывчатого вещества, где механическая работа производится действием ударной волны. Размеры уширения ствола сваи являются функцией энергии разряда и не зависят от соотношения энергетических параметров разряда. Анализ экспериментальных данных показывает, что определяющим фактором уширения ствола сваи в маловлажных грунтах может быть давление от парогазовой полости, которое отличается от давления ударной волны по характеру действия на обрабатываемый объект. Обстоятельство, что размеры уширения ствола сваи являются только функцией энергии разряда сомнительно и требует экспериментальной проверки.

На основании проведенного литературного обзора были сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе представлена методика проведения экспериментальных исследований параметров электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай в маловлажных песчаных грунтах. Это энергетические параметры разряда (напряжение, разрядная емкость, межэлектродное расстояние) и параметры материала ствола сваи (состав бетонной смеси, добавки, соотношение воды и цемента, соотношение песка и цемента).

Опыты по определению минимального уровня напряжения, при котором происходит переход от теплового пробоя межэлектродного промежутка к лидерному, осуществлялись в лаборатории электроимпульсных технологий ФГНУ НИИ высоких напряжений (г. Томск). Использовалось стандартное оборудование, которое позволяет производить фотосъемку разряда при его формировании в жидкой среде (генератор импульсных токов, скоростной фоторегистратор, камера со встроенной электродной парой).

Исследования влияния энергетических параметров разряда на время действия давления в бетонной смеси, создаваемого на стенке ствола сваи, проводились на опытном стенде (рис. 1). Опытный стенд состоит из рабочей камеры 1 (150150200 мм), заполняемой бетонной смесью, со встроенными электродами 2. Корпус камеры крепится к станине 3. Возбуждение в камере электрических разрядов приводит к возникновению импульсной нагрузки (электрогидравлических ударов). Создаваемое при этом давление передается на тензометрический динамометр 5. Полученный сигнал с тензометрического динамометра передается на приемно-измерительную систему 9. В качестве источника разрядов использовался генератор импульсных токов 10. Расстояние от центра разряда до динамометра соответствовало расстоянию от разряда до стенки ствола сваи.

 Схема опытного стенда: 1 –-0

Рис. 1. Схема опытного стенда: 1 – рабочая камера; 2 – электроды; 3 – станина; 4 – жесткий штамп; 5 – тензометрический динамометр; 6 – текстолитовые пластины; 7 – металлические тяжи; 8 – резиновая диафрагма; 9 – приемно-измерительная система; 10 – генератор импульсных токов

Опытный стенд использовался и для оценки силового действия разряда при различном влагосодержании бетонной смеси. Опыты проводились с 6 – 10-ти кратной повторяемостью по программе, изложенной в диссертации.

Апробация энергетических параметров разряда для электроимпульсного способа устройства буроинъекционных свай в маловлажном песчаном грунте проводилась на сваях-моделях. Эти исследования выполнялись в экспериментальном модуле (рис. 2). Методика проведения эксперимента заключалась в следующем. Рабочая камера 1 заполнялась маловлажным песчаным грунтом. После монтажа основных элементов

Рис. 2. Схема экспериментального модуля, предназначенного для моделирования процесса электроимпульсного способа устройства буроинъекционной сваи: 1 – рабочая камера; 2 – крышка; 3 – станина; 4 – ребра жесткости; 5 – центральное отверстие; 6 – разрядник; 7 – резиновая пластина; 8 – давление, передаваемое от компрессора; 9 – водяная подушка; 10 – манометр; 11 – ствол буроинъекционной сваи; 12 – электрический разряд; 13 – сформированное уширение

экспериментального модуля на грунт передавалось давление p = 100 кПа, что соответствовало устройству уширения нижнего конца сваи в натурных условиях на глубине 6 м. Затем формировался ствол буроинъекционной сваи 11.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.