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:     | 1 ||

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

-- [ Страница 2 ] --

Способ формирования ствола сваи включал следующие операции: устройство скважины диаметром 110 мм шнековым буром, который вводился в грунт через центральное отверстие 5 в крышке 2; установка в скважину разрядника 6, подсоединенного к источнику питания; подача в скважину бетонной смеси и его обработка электрическими разрядами 12. При этом, в состав бетонной смеси вводилось гелеобразующее вещество для ограничения влагопотерь бетонной смеси в процессе устройства сваи.

В исследованиях использовались маловлажные пески со следующими характеристиками: плотность = 1,65 – 1.68 гр/см3; плотность частиц грунта s = 2,65 – 2,66 гр/см3; коэффициент пористости e = 0,76 – 0,79; естественная влажность w = 9 – 11%; коэффициент водонасыщения Sr = 0,3 –0,35; угол внутреннего трения = 23 – 250; удельное сцепление с = 1 – 2 кПа; модуль деформации E = 15 – 18 МПа.

Разработанная методика исследований параметров электроимпульсного способа устройства свай при действии электрических разрядов в бетонной смеси, позволила решить поставленные задачи.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований влияния энергетических параметров (напряжения, разрядной емкости, межэлектродного расстояния) и параметров материала ствола сваи на электроимпульсный способ устройства свай.

Установлено, что при обеспечении лидерного пробоя межэлектродного промежутка (рис. 3) увеличение энергии разряда приводит к росту длительности действия импульсной нагрузки. Так, при энергии разряда W = 1,8 кДж, длительность действия импульсной нагрузки составляет 0,002 сек (рис. 4, а). Увеличение энергии до 4,5 кДж приводит к увеличению времени действия импульсной нагрузки до 0,006 сек. (рис. 4, б).

Показано, что при энергии разряда W = 4,5 кДж и энергетических параметрах – напряжения U = 30 кВ, разрядной емкости C = 10 мкф и

межэлектродного расстояния 35 – 40 мм, формируется существенное уширение ствола сваи. Диаметр уширенной части ствола сваи практически в два раза превышает ее первоначальный.

а б

Рис. 3. Формирование разряда: а – тепловым способом (U = 20 кВ);

б – лидерным способом (U = 30 кВ);

1 – электрод; 2 – газовый чехол; 3 – электрический разряд

Выявлено, что при устройстве буроинъекционных свай электроимпульсным способом в маловлажных песчаных грунтах происходит интенсивное обезвоживание материала ствола сваи путем фильтрации его жидкой составляющей в пористую грунтовую среду. В результате бетонная смесь теряет пластичность, что приводит к остановке процесса устройства сваи. Определяющим фактором обезвоживания материала ствола сваи является непосредственное силовое действие разряда. Установлено, что введение гелеобразующего вещества в состав бетонной смеси приводит к прекращению ее обезвоживания. Показано, что использование гелеобразующего вещества, позволяет обеспечить: устойчивый процесс устройства сваи, стабильность импульсной нагрузки и эффективную передачу ее силового действия окружающей среде. Все это позволяет формировать существенное уширение ствола сваи в маловлажных песчаных грунтах.

В проводимых исследованиях использовалось гелеобразующее вещество Walocel мкх 25000 рр 20 – продукт германской фирмы "Вольф Вальсроде" АО.

а

б

Рис. 4. Характерные осциллограммы давления p на стенке скважины диаметром 110 мм при энергии разряда W: а – при W = 1,8 кДж; б – при W = 4,5 кДж

В четвертой главе приведены методика и результаты исследований напряженно-деформированного состояния формируемой системы буроинъекционная свая – маловлажный песчаный грунт при действии электрических разрядов в бетонной смеси. Исследования проводились в экспериментальном модуле (рис. 2). Давление в грунте измерялось тензометрическими датчиками М – 70, разработанными в ЦНИИСКе (автор Баранов Д.С.). Перемещения грунта вокруг ствола сваи измерялись металлическими марками специальной конструкции, приведенной в диссертации. Марки и тензометрические датчики устанавливались на стенке скважины, а также на различном удалении от нее.

Установлено, что развитие деформаций в системе в значительной степени определяется соотношением энергетических параметров разряда (напряжения U и разрядной емкости C). При одинаковой энергии разряда, но различном соотношении энергетических параметров, деформации грунта основания изменяются (рис. 5). Так, при U = 30 кВ, C = 10 мкф (W = 4,5 кДж) диаметр уширеной части ствола сваи составляет 190 – 210 мм, а при U = 47,5 кВ, C = 4 мкф (W = 4,5 кДж) – 130 – 145 мм.

Рис. 5. Зависимости диаметра сваи D от количества импульсов N:

1 – U = 30 кВ, C = 10 мкф (W = 4,5 кДж);

2 – U = 47,4 кВ, C = 4 мкф (W = 4,5 кДж);

U – напряжение; C – разрядная емкость; W – энергия разряда

Рис. 6. Распространение давления p в грунте основания на различном

расстоянии R от стенки скважины (от единичного разряда):

1 – U = 30 кВ, C = 10 мкф (W = 4,5 кДж);

2 – U = 47.4 кВ, C = 4 мкф (W = 4,5 кДж);

U – напряжение; C – разрядная емкость; W – энергия разряда

Выявлено, что изменение соотношения энергетических параметров (напряжения и разрядной емкости) приводит к изменению характера распространения давления в грунте (рис. 6). Установлено, что при режимах разряда, когда энергия разряда формируется за счет изменения напряжения при постоянной разрядной емкости, деформации грунта основания быстро затухают. Интенсивный характер развития деформации грунта носят в том случае, если рост энергии разряда происходит за счет увеличения разрядной емкости при заданном напряжении. При устройстве уширения ствола сваи влияние разрядной емкости тем больше, чем выше энергия разряда.

В работе показано, что определяющим фактором формирования уширения ствола буроинъекционной сваи является время действия импульсной нагрузки, которое зависит от разрядной емкости. Увеличение времени действия импульсной нагрузки приводит к интенсивному распространению давления в грунте основания. При этом, зона деформируемого грунта вокруг сваи увеличивается. Например, на расстоянии R = 100 мм от стенки скважины, при U = 47,5 кВ, C = 4 мкф (W = 4,5 кДж) перемещения грунта составляют примерно 4 мм, а при U = 30 кВ, C = 10 мкф (W = 4,5 кДж) – 20 мм.

Таким образом, установлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния формируемой системы буроинъекционноя свая – маловлажный песчаный грунт в зависимости от энергетических параметров разряда.

Пятая глава посвящена практическому применению результатов исследований. В диссертации предложен подход к определению геометрических размеров поперечного сечения ствола буроинъекционной сваи. Если известно распределение давления в грунте, то можно оценить смещение стенки скважины. Распределение давления в грунте зависит от энергетических параметров разряда и может быть описано зависимостью вида:

, (5.1)

где p(x) – давление в грунте на расстоянии x от ствола сваи; p0 – давление на стенке ствола сваи; µ – коэффициент аппроксимации, учитывающий характер распространения давления в грунте; R0 – радиус ствола сваи.

Соотношение (5.1) получено на основе известной зависимости распространения давления в грунте при действии на него импульсной нагрузки (по данным Вовк А.А., 1984 г.).

Используя упругопластическую модель грунта, реализованную в программном пакете Рlaxis, при известном характере распределения давления в грунте, можно определить смещение u стенки скважины от единичного разряда. Дальнейшие деформации ствола сваи от последующих разрядов достаточно хорошо описываются логарифмической зависимостью:

, (5.2)

где d(n) – диаметр ствола сваи после действия разрядов, d0 – начальный диаметр сваи, u(1) – радиальное смещение стенки скважины от единичного разряда, n – число поданных разрядов.

Соотношение (5.2) является аппроксимацией экспериментальной зависимости смещения стенки скважины от количества разрядов, которая получена в диссертации. Сравнение расчетных и экспериментальных значений изменения диаметра сваи при ее обработке электрическими разрядами показывает удовлетворительное согласие.

Таким образом, формулы (5.1) и (5.2) дают возможность определять геометрические размеры поперечного сечения ствола сваи после ее обработки электрическими разрядами.

Экспериментально установлено, что при устройстве свай электроимпульсным способом, формируется уплотненная зона, которая как в качественном, так и в количественном отношении сопоставима с уплотненной зоной, образуемой при устройстве свай без выемки грунта. Для оценки несущей способности свай, устраиваемых электроимпульсным способом, рекомендуется использовать методику расчета несущей способности забивных свай по СНиП 2.02.03.-85 – Свайные фундаменты, с учетом требуемых параметров процесса устройства буроинъекционной сваи.

Требуемые параметры процесса устройства сваи:

  • Энергетические параметры разряда:

– напряжение U – 30 кВ,

– разрядная емкость C – не менее 10 мкф,

– энергия разряда W – 4,5 кДж.

  • Частота подачи импульсов – 2 Гц.
  • Количество импульсов – не менее 10 – 15 при длине сваи

до 15 м.

  • Межэлектродное расстояние – 35 … 40 мм.
  • Диаметр скважины Dc – 110 … 250 мм.
  • Смещение стенки скважины – (0,5 … 0,6) Dc.
  • Состав бетонной смеси:

– водоцементное отношение В/Ц – 0,8,

– П : Ц – 3 : 1, (П – песок, Ц – цемент),

– гелеобразующее вещество (метилгидроксиэтил

целлюлоза – "Walocel мкх 25000 рр 20") –

0,03 % от массы сухой смеси.

Рекомендуется следующая последовательность определения несущей способности свай, устраиваемых электроимпульсным способом:

1. Задается начальный диаметр ствола сваи Dc.

2. Разбивается предполагаемая зона уплотнения грунта вокруг сваи на элементарные слои hi = (0,1 – 0,2) Dc. В первом приближении принимается количество слоев hi = 10.

3. Задается давление p0 на стенке ствола сваи, которое, при диаметре ствола сваи 110 – 250 мм, составляет 1400 – 1800 кПа.

4. Определяется величина давления в каждом слое hi по формуле (5.1).

5. Определяются перемещения в каждом слое hi с использованием программного пакета Рlaxis (при исходных данных: угол внутреннего трения , удельное сцепление c, модуль деформации E, плотность грунта ).

6. Суммируются перемещения, полученные для каждого слоя hi, и определяется полное смещение стенки скважины от единичного разряда u(1).

7. Определяется диаметр ствола сваи d(n) от последующих разрядов по формуле (5.2). Это дает геометрические размеры поперечного сечения формируемого уширения ствола сваи.

8. Определяется несущая способность сваи по СНиП 2.02.03-85:

– принимается расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи по табл.1 СНиП 2.02.03-85;

– принимается коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи сR = 1 (СП 50-102-2003);

– принимается коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи сf = 1.3 (СП 50-102-2003).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлено, что в маловлажных песчаных грунтах изготовление свай обеспечивается лидерным типом пробоя, позволяющим увеличить время действия импульсной нагрузки и уменьшить требуемые энергетические затраты. Существенное уширение сваи и уплотнение околосвайного грунта достигаются при времени действия импульсной нагрузки от 2 до 6 мс и энергии разряда до 4,5 кДж.

2. Установлено, что в маловлажных песчаных грунтах при устройстве свай электроимпульсным способом, происходит интенсивное обезвоживание бетонной смеси вследствие выдавливания воды в грунт под действием импульсной нагрузки. Устойчивый процесс устройства сваи обеспечивается использованием модифицированной бетонной смеси с гелеобразующим веществом. Введение в бетонную смесь метилгидроксиэтилцеллюлозы в объеме 0,03% от массы смеси позволяет сохранять ее пластические свойства в течение всего интервала времени устройства сваи.

3. Установлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния формируемой системы буроинъекционноя свая – маловлажный песчаный грунт в зависимости от энергетических параметров разряда. Определяющим фактором в формировании уширения ствола сваи и уплотнения грунта является время действия импульсной нагрузки, зависящее от емкости разряда. В результате увеличения энергии разряда с 1,8 до 4,5 кДж за счет увеличения разрядной емкости получено развитие диаметра сваи, размер которого превышает первоначальный в два раза. Зафиксированная зона уплотнения грунта составила два диаметра уширенного ствола сваи. Установлены зависимости радиуса уплотненной зоны грунта от энергии разряда.

4. Установлено, что определяющим при совершении механической работы разряда по уширению ствола сваи является давление от парогазовой полости, которое носит квазистатический характер с достаточно длительным временем нарастания на фронте. В экспериментальных исследованиях это время составило 1,5 мс. Измеренное давление в бетонной смеси в замкнутом объеме составило 2,2 МПа, на стенке скважины – 1,8 МПа.

5. Исследование динамки увеличения диаметра ствола сваи показывает, что наибольшие перемещения стенки скважины зафиксированы при первых 15 – 20 импульсах, что соответствует количеству разрядов, принимаемых в существующих электроимпульсных технологиях устройства буроинъекционных свай. При последующих воздействиях зависимость выходит на насыщение, и диаметр ствола сваи практически не изменяется после 30 импульсов.

6. Установлено влияние частоты подаваемых импульсов на стабильность процесса устройства свай. Рекомендуемая частота подачи импульсов составляет не менее 2 Гц.

7. В результате измерения плотности грунта установлено, что в пределах зоны уплотнения вокруг сваи, плотность сухого грунта изменяется от 1,87 г/см3 на стенке скважины до первоначального состояния на его границе. Результаты изменения плотности грунта соответствуют данным измерения зон уплотнения, формируемых при забивке свай. Поэтому, взаимодействие буроинъекционных свай с маловлажным песчаным грунтом основания может быть принято по аналогии с забивной сваей.

8. Установленные экспериментальные зависимости распределения напряжений в маловлажном песчаном грунте от энергии разряда положены в основу решения задачи по определению геометрических размеров поперечного сечения сваи, устраиваемой электроимпульсным способом. Результаты решения, реализованного в программном пакете Plaxis методом конечных элементов, соответствуют результатам эксперимента.

9. Установлены параметры электроимпульсного способа устройства свай в маловлажных песчаных грунтах:

  • Энергетические параметры разряда:

– напряжение U – 30 кВ,

– разрядная емкость C – не менее 10 мкф,

– энергия разряда W – 4,5 кДж.

  • Частота подачи импульсов – 2 Гц.
  • Количество импульсов – не менее 10 – 15 при длине сваи

до 15 м.

  • Межэлектродное расстояние – 35 … 40 мм.
  • Диаметр скважины Dc – 110 … 250 мм.
  • Смещение стенки скважины – (0,5 … 0,6) Dc.
  • Состав бетонной смеси:

– водоцементное отношение В/Ц – 0,8,

– П : Ц – 3 : 1, (П – песок, Ц – цемент),

– гелеобразующее вещество (метилгидроксиэтил

целлюлоза – "Walocel мкх 25000 рр 20") –

0,03 % от массы сухой смеси.

10. Разработаны предложения по определению геометрических размеров поперечного сечения буроинъекционной сваи и ее несущей способности.

Список опубликованных работ

1. Самарин Д.Г. Устройство ствола набивных свай с использованием электрических разрядов // Известия ВУЗов, Строительство. – 2005. – № 3. – С.120-124.

2. Патент на полезную модель № 34949 РФ, 7Е 02D 33/00. Устройство для исследования взаимодействия электронабивных свай с грунтовым основанием / Полищук А.И., Ющубе С.В., Самарин Д.Г. – Заявлено 26.06. 03. Опубл. 20.12.03. Бюллетень № 35.

3. Патент на изобретение № 2256029 РФ, Е 02D 5/42. Способ изготовления набивной сваи / Ющубе С.В., Самарин Д.Г. – Заявлено 23.08.04. Опубл. 10.07.05. Бюллетень № 19.

4. Самарин Д.Г. Исследование электрического режима разрядов, применяемых для уширения набивных свай // Теоретические и практические проблемы геотехники: Сб. тр., СПбГАСУ. – С. Петербург: изд. СПбГАСУ, 2005. – С. 45-49.

5. Самарин Д.Г. Электрогидравлический метод устройства набивных свай // Сб. Тез. Докл. 61-й науч.-техн. конф. НГАСУ (Сибстрин). - Новосибирск: изд. НГАСУ, 2004, С. 108-109.

6. Самарин Д.Г. Технология устройства электронабивных свай // Сб. Тез. Докл. 62-й науч.-техн. конф. НГАСУ (Сибстрин). – Новосибирск: изд. НГАСУ, 2005. – С. 95.

7. Самарин Д.Г., Капарулин С.Л., Шабанов Д.В. Обеспечение геоэкологической безопасности и повышения эксплуатационной надежности свайных фундаментов // Качество – стратегия 21 века: Мат. VIII межд. научн.-практ. конф. –Томск: Изд.-во НТЛ, 2003. – С.148 – 149.

8. Самарин Д.Г. К вопросу использования разрядно-импульсных технологий при устройстве буронабивных свай // Архитектура и строительство: Тез. докл. межд. научн.-техн. конф.– Томск: ТГАСУ, 2002 – С. 156 – 158.

9. Самарин Д.Г. О качестве и новых технологиях в фундаментостроении // Репутация и качество. – 2004. – № 1. – С.9.


Здесь и далее под маловлажным песчаным грунтом понимаются слабосвязные грунты с малой степенью водонасыщения (Sr < 0,5) и числом пластичности Ip < 1.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.