Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6061| Назва: | Технології підсилення фундаментів методом ін’єктування в районах з водонасиченими ґрунтами |
| Автори: | Юрченко, Сергій Васильович Калюжна, Ольга Вікторівна |
| Ключові слова: | технології підсилення; фундамент; метод ін'єктування; водонасичені грунти |
| Дата публікації: | гру-2023 |
| Короткий огляд (реферат): | Калюжна О.В. «Технології підсилення фундаментів методом ін'єктування в районах з водонасиченими ґрунтами». – Рукопис. Кваліфікаційна робота здобувача вищої освіти за спеціальністю 192 – Будівництво та цивільна інженерія. – Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2023. Кваліфікаційна робота присвячена технології підсилення фундаментів методом ін'єктування в районах з водонасиченими ґрунтами, проаналізовано різні технології підсилення фундаментів та обрано більш ефективний та економічно вигідний варіант підсилення. Для досягнення мети поставлено та вирішено такі задачі: проаналізовано існуючі способи закріплення ґрунтів під фундаменти будівель і споруд, а також демонстрація можливості використання нових композицій на основі місцевої мікродисперсної сировини для ін'єкційної фіксації; обґрунтовано використання композиційних матеріалів на основі всесвітньо відомої в’яжучої речовини Мікродур® та використання місцевої сировини з метою отримання міцної бетонної маси фундаменту з підвищеною міцністю та експлуатаційними властивостями; проведено порівняльний аналіз характеристик ін’єкційної консолідації ґрунту, визначених чисельним моделюванням та за результатами польових досліджень. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6061 |
| Розташовується у зібраннях: | 192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА Калюжна.pdf Restricted Access | 2.91 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування
Кафедра промислового та цивільного будівництва
«ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ»
Завідувач кафедри ПЦБ
к.т.н., доцент Сергій ПРЯНИК
___________________________
« _____ » ______________ 2023 р.
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра
магістр
(освітній рівень)
на тему: «Технології підсилення фундаментів методом ін'єктування в районах
з водонасиченими ґрунтами»
(найменування теми)
Виконав: ЗВО 2 курсу, групи МГБ-204
спеціальності 192 – «Будівництво та цивільна інженерія»
(шифр, назва)
освітньої програми – Промислове і цивільне будівництво
(назва)
__________________ Ольга КАЛЮЖНА
(підпис) (прізвище, ініціали)
Керівник кваліфікаційної роботи магістра
_________старший викладач Юрченко С.В.__________ __________________
(науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали) (підпис)
Рецензент кваліфікаційної роботи магістра
________________________________________ __________________
(посада, науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали) (підпис)
Черкаси – 2023 року
3
ЗМІСТ
АНОТАЦІЯ …………………………………………………………………… 5
ВСТУП………………………………………………………………………… 6
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ВІДОМИХ МЕТОДІВ ПІДСИЛЕННЯ
ФУНДАМЕНТІВ В ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ УМОВАХ ПРИ
ПРОЕКТУВАННІ ОСНОВ ФУНДАМЕНТІВ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД ….. 8
1.1 Основні характеристики та особливості складних інженерно-
геологічних ґрунтових умов …………………………………………………. 8
1.2 Методи закріплення ґрунтів ……………………………………………... 11
1.3 Аналіз досліджень переведення складних інженерно-геологічних
умов в проектний для будівництва стан ……………………………………. 18
1.4 Аналіз інших відомих методів глибокого ущільнення ґрунтів ……….. 33
1.5 Аналіз аспектів застосування технологій закачування для закріплення
слабких інженерно-геологічних умов ………………………………………. 39
1.6 Причини деформацій грунту і їх вплив на несучу здатність основи …. 40
Висновки до розділу 1………………………………………………………... 49
РОЗДІЛ 2. ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТОВИХ МАСИВІВ, ЩО ЗАКРІПЛЕНІ
ІН'ЄКЦІЙНИМИ РОЗЧИНАМИ ……………………………………………. 50
2.1 Матеріали ін'єкційних складів для стабілізації грунтових структур …. 50
2.2 Технологічні характеристики ін’єкційної стабілізації закріплення
структурно нестабільних ґрунтів …………………………………………… 53
2.3 Деформаційні характеристики ґрунтових бетонних масивів, що
ін'єкційно закріплені розчинами ……………………………………………. 59
2.4 Конструктивні властивості простих бетонних блоків, ін'єкційно
закріплених розчинами ОДТВ ………………………………………………. 63
Висновки до розділу 2………………………………………………………... 68
РОЗДІЛ 3. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРАВИЛА ЗАКРІПЛЕННЯ БУДІВЕЛЬ І
СКЛАДНИХ ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ СПОРУД …………………… 70
3.1 Рекомендації щодо приготування ін’єкційного розчину на основі
4
місцевої сировини для закріплення масивів будівель і споруд ……………. 70
3.2 Обладнання, необхідне для кріплення складних інженерно-
геологічних масивів будівель і споруд ……………………………………… 76
3.3 Технологічні схеми забезпечення подачі розчину при будівництві та
експлуатації будівель та споруд ……………………………………………... 78
Висновки до розділу 3 ……………………………………………………….. 88
РОЗДІЛ 4. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ МЕТОДІВ
ЗАКРІПЛЕННЯ ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ МАСИВІВ ПРИ
ПРОЕКТУВАННІ ОСНОВ ФУНДАМЕНТІВ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД …. 91
4.1 Техніко-економічні показники способів закріплення складних
інженерно-геологічних масивів ОТДВ з використанням місцевої
сировини ……………………………………………………………………… 91
4.2 Економічне обґрунтування ефективності способів закріплення
складних інженерно-геологічних масивів ОТДВ з використанням
місцевої сировини ……………………………………………………………. 93
Висновки до розділу 4 ……………………………………………………….. 96
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ……………………………………………………... 98
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………….. 102
5
АНОТАЦІЯ
Калюжна О.В. «Технології підсилення фундаментів методом
ін'єктування в районах з водонасиченими ґрунтами». – Рукопис.
Кваліфікаційна робота здобувача вищої освіти за спеціальністю 192 –
Будівництво та цивільна інженерія. – Черкаський державний технологічний
університет, Черкаси, 2023.
Кваліфікаційна робота присвячена технології підсилення фундаментів
методом ін'єктування в районах з водонасиченими ґрунтами, проаналізовано
різні технології підсилення фундаментів та обрано більш ефективний та
економічно вигідний варіант підсилення.
Для досягнення мети поставлено та вирішено такі задачі:
проаналізовано існуючі способи закріплення ґрунтів під фундаменти
будівель і споруд, а також демонстрація можливості використання нових
композицій на основі місцевої мікродисперсної сировини для ін'єкційної
фіксації;
обґрунтовано використання композиційних матеріалів на основі
всесвітньо відомої в’яжучої речовини Мікродур® та використання місцевої
сировини з метою отримання міцної бетонної маси фундаменту з
підвищеною міцністю та експлуатаційними властивостями;
проведено порівняльний аналіз характеристик ін’єкційної консолідації
ґрунту, визначених чисельним моделюванням та за результатами польових
досліджень.
Ключові слова: технології підсилення, фундамент, метод ін'єктування,
водонасичені грунти.
6
ВСТУП
Актуальність теми. Останнім часом в Україні та світі спостерігається
збільшення будівництва на грунтах, що мають специфічні властивості, так
звані водонасичені грунти, а саме: водонасичені супіски, суглинки, глини,
мули (морські та прісноводні), водонасичені лесові ґрунти, водонасичені
пилуваті намивні ґрунти.
За таких обставин недооцінка особливих умов будівництва може
призвести до масштабних нерівностей осідання, а в гіршому випадку –
втрати стійкості основ будівель і споруд.
Ін'єктування ґрунту є найпоширенішим технологічним способом
зміцнення основ і фундаментів будівель і споруд. У процесі стабілізації
внесені в ґрунт різні реагенти починають тверднути, утворюючи міцні
структурні зв’язки між частинками ґрунту, що підвищує міцність, зменшує
стисливість ґрунту, знижує вологопроникність, підвищує чутливість до зміни
зовнішніх факторів.
Проте проблеми ін’єкційного закріплення полягають у забезпеченні
міцності та довговічності ґрунтових блоків або конструкцій, можливості
виготовлення великих блоків, екологічної та гігієнічної безпеки
застосовуваного ін’єкційного складу.
Актуальними проблемами сучасної будівельної та інженерно-
геологічної практики є розробка нових ін'єкційних складів з використанням
місцевої сировини.
Також актуальною для сучасних умов будівництва є проблема
здешевлення використовуваних матеріалів. Основним способом зниження
витрат є використання місцевих матеріалів.
Удосконалення методу ін'єкційного закріплення ґрунтів основ будівель
та споруд з використанням ін'єкційних складів на основі місцевих особливо
тонкодисперсних в'яжучих матеріалів забезпечить зниження витрат,
трудомісткості та тривалості робіт, дозволить підвищити прогнозування
якості закріплених ґрунтів.
7
Мета роботи – визначити принципи та технічний регламент
проведення робіт із закріплення ґрунтових умов у складних геологічних
умовах для ін’єкційного закріплення фундаментів будівель і споруд.
Відповідно до поставлених цілей були поставлені та вирішені такі
науково-дослідні питання:
аналіз існуючих способів кріплення ґрунтів під фундаменти будівель і
споруд, а також демонстрація можливості використання нових композицій на
основі місцевої мікродисперсної сировини для ін'єкційної фіксації.
обґрунтування використання композиційних матеріалів на основі
всесвітньо відомої в’яжучої речовини Мікродур® та використання місцевої
сировини з метою отримання міцної бетонної маси фундаменту з
підвищеною міцністю та експлуатаційними властивостями.
проведено порівняльний аналіз характеристик ін’єкційної консолідації
ґрунту, визначених чисельним моделюванням та за результатами польових
досліджень.
Об'єкт досліджень – ефективні способи закріплення масивів на
водонасичених грунтах при проектуванні основ фундаментів будівель та
споруд.
Предмет досліджень – спосіб ін’єкційного закріплення складних
інженерно-геологічних масивів при проектуванні основ фундаментів
будівель та споруд.
Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:
проведено аналіз існуючих способів зміцнення ґрунтів під фундаменти
будівель і споруд, що свідчить про можливість використання нових складів
сировини для ін’єкційного зміцнення ґрунтів.
обґрунтовано придбання закріпленого ґрунтобетонного масиву з
композиційним складом на основі всесвітньо відомої в'яжучої речовини
Мікродур та місцевої сировини.
8
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ВІДОМИХ МЕТОДІВ ПІДСИЛЕННЯ
ФУНДАМЕНТІВ В ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ УМОВАХ ПРИ
ПРОЕКТУВАННІ ОСНОВ ФУНДАМЕНТІВ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД
1.1 Основні характеристики та особливості складних
інженерно-геологічних ґрунтових умов
Значну частину територій, де ведеться цивільне та промислове
будівництво займають водонасичені грунти, а саме: водонасичені супіски,
суглинки, глини, мули (морські та прісноводні), водонасичені лесові ґрунти,
водонасичені пилуваті намивні ґрунти. Глибина залягання суглинкового
ґрунту коливається від кількох сантиметрів до десятків метрів. У північних
районах, де лесові відклади розвинені лише на окремих ділянках, їх розміри
досягають 5-10 м, а в районах суцільного поширення (Південь України, АР
Крим) вони піднімаються до 30-50 м і більше [56].
На відміну від піщаних ґрунтів, осідання яких закінчується невдовзі
після спорудження будівлі, осідання водонасичених пилувато-глинистих
ґрунтів може тривати десятиріччями, а інколи й сторіччями. Наприклад,
ґрунти в основі Пізанської вежі продовжують деформуватися протягом
восьмисот сторіч.
Тому актуальною є задача прогнозування осідань основ, складених
водонасиченими пилувато-глинистими ґрунтами, і визначення часу
стабілізації ґрунтів у цих основах. Серед апробованих рішень задачі теорії
консолідації є рішення фільтраційної консолідації в одномірній постановці, в
якій вважають, що осідання пилувато-глинистих ґрунтів відбувається
внаслідок витиснення води з пор ґрунту. При цьому однорідний грунт з
лінійно-деформованим кістяком до прикладення на нього тиску повністю
водонасичений вільною нестисливою водою, рух якої в порах є ламінарним.
Прикметною ознакою більшості з цих ґрунтів є:
високий ступінь вологості Sr> 0,80;
9
велика стисливість Е<5МПа в інтервалі тисків, властивих для
фундаментів промислових, цивільних та сільськогосподарських будівель;
повільне загасання деформацій, що може тривати десятки років;
мінливість та анізотропія міцнісних, деформаційних, фільтраційних і
реологічних характеристик;
значна тиксотропія, що спричиняє тимчасове розрідження їх при дії
динамічних впливів.
низька міцність, бо для цих ґрунтів властиві такі значення міцнісних
характеристик: φ = 4-10º; с = 6-25кПа;
ці ґрунти при дії навантаження можуть перебувати у нестабілізованому
стані
Більшість ґрунтів (піщаних, суглинистих, лесових) мають тенденцію
змінювати свої властивості внаслідок певних впливів. Коли напруги
перевищують структурну міцність ґрунту, порушують природну структуру
або змінюють вологість, його фізико-механічні властивості різко
погіршуються.
Рисунок 1.1 – Лесові грунти України
10
Лесові ґрунти розраховують на основі деформацій, які є сумою опадів
від зовнішнього навантаження та осідання при зрошенні. За агротехнічними
умовами лесові ґрунти поділяють на дві категорії:
Тип I: просідання ґрунту виникає внаслідок дії зовнішнього
навантаження, а просідання внаслідок власної ваги відсутнє або не
перевищує 5 см.
Тип ІІ: Крім просідання ґрунту за рахунок зовнішнього навантаження,
можливе просідання до 5 см від власної ваги.
У гірських районах ліси мають суміш частинок розміром понад 2,0 мм.
Ця глина має високу пористість (0,45-0,6), а коефіцієнт пористості в межах
0,65-1,20.
Хімічний склад лесу дуже різноманітний і містить значний вміст
кремнезему (80%), оксидів алюмінію і заліза (10-20%), оксидів кальцію і
магнію (5-15%). Містять десятки мінералів залежно від їх складу,
найважливішими з яких є кварц, польовий шпат, глинисті мінерали та
карбонати, але їх можна розділити на три основні групи: - кластогенні (кварц,
польові шпати та ін.); глинисті (гідраслюда, монтморилоніт та ін.);
типоморфні (карбонати, гіпс та ін.).
Необхідно враховувати такі фактории як рН ґрунтових вод,
поглинальну здатність ґрунту, а також вміст у ґрунті органічної речовини,
наприклад карбонатів і гіпсу для закріплення.
Швидкість дифузії ін'єкційного розчину в ґрунті зменшується зі
збільшенням вологості. РН грунту впливає на реакції середовища (лужність і
кислотність). РН підземних вод визначають потенціометричним методом за
допомогою рН-метра марки РН-340. Сорбційна здатність ґрунту в лужному
середовищі показує його фізико-хімічну активність, за якою можна
прогнозувати ефективність закріплення ґрунту. Кількість карбонату (CaCO3),
присутнього в ґрунті, впливає на хімічну активність стабілізованого ґрунту.
Це особливо важливо при стабілізації ґрунту кислотними ін’єкційними
сумішами. Вміст карбонатів у твердій глині в лабораторних умовах
11
визначають параметричним методом. Проблема лесових порід актуальна вже
більше 100 років і ще далека від повного вирішення.
Але сьогодні можна говорити про такий складний і багатофакторний
характер вирубки лісів, про різноманітні умови її виникнення, які тривалий
час залишалися загадкою. Знання природи деградації лісових ґрунтів дало
нам можливість знайти різноманітні інженерні рішення для боротьби з цією
поблемою. Більшість цих рішень спрямовані на перетворення конкретної
нестійкої пористої структури в стійкий деформований стан. При цьому
намагаються зменшити активну пористість лесового ґрунту, тобто підвищити
його щільність, і збільшити контактну міцність мінеральних частинок
(змінюючи менш міцні перехідні контакти на більш міцні).
Вивчення особливостей і властивостей лесів може дати нам змогу до
вирішення проблеми осідання цих порід. Вирішення цієї проблеми було б
великим прогресом у галузі будівництва, розробка ефективних рішень
проблеми просідання лесових ґрунтів забезпечила б надійність будівництва
інженерних споруд на цих породах.
1.2 Методи закріплення ґрунтів
При будівництві на водонасичених грунтах важливо забезпечити
міцність основ та фундаментів інженерних споруд. Існують різні методи
поліпшення властивостей просадних ґрунтів, які можна об’єднати в три
основні групи:
1. Фізико-хімічні методи (закріплення грунтів), які сприяють утворенню
міцних синтетичних структурних зв'язків між частинками мінералу.
2. Фізико-механічні методи (ущільнення ґрунтів), що здійснюються
різними способами, спрямовані на зменшення пористості ґрунту, створюючи
тим самим щільне розташування мінеральних заповнювачів.
12
3. Конструктивні методи, призначені для створення найбільш
сприятливих умов обробки ґрунтів як основи шляхом регулювання
напружених і деформаційних умов
При будівництві на водонасичених ґрунтах слід вживати заходів щодо
запобігання деформації інженерних споруд, оскільки втрата вологи, веде до
швидкого зниження міцності ґрунту та втрати основної стійкості, навіть у
водонасичених лесових ґрунтах. За деякими оцінками, при будівництві
будівель і споруд на лесових ґрунтах йде до 45% витрат на запобігання
деформації об’єктів будівництва.
Необхідно вживати водозберігаючих заходів для зниження
максимального просідання до мінімально можливих значень, що зменшує
можливість замочування та промочування ґрунтів.
При виборі раціонального комплексу заходів щодо запобігання обвалу
лісових ґрунтів слід враховувати такі чинники: умови залягання ґрунтів,
фізико-механічні властивості ґрунтів, можливість замочування основ
фундаментів, конструктивні особливості будівель і споруд, місцеві умови
будівництва.
Для прикладу способи запобігання посідання лесових грунтів.
Найпоширенішим способом усунення вбираючих властивостей лесових
ґрунтів є механічне ущільнення важким трамбуванням, вагою до 10 разів і
більше. Цей спосіб, який ґрунтується на багаторазовому ущільненні (до 10-16
разів) ґрунту з висоти 4-8 м, дозволяє ущільнювати шар ґрунту до глибини
3,5 м.
Коли ґрунт ущільнено до 25 метрів, проводиться ущільнення
грунтовими набивними палями або енергією вибуху. Іноді для усунення
просадних властивостей лесів виробляють спровоковане просідання грунту
через промочування грунтового масиву. В результаті цієї дії ґрунт
ущільнюється, втрачає властивості розкладу та переходить у стійкий стан.
Але варто відзначити і недоліки механічних способів ущільнення
ґрунту:
13
по-перше, робота, що виконується, є дуже трудомісткою та
енерговитратною,
по-друге, виконання самої роботи значною мірою залежить від
кліматичних умов і особливостей ущільненого ґрунту;
По-третє, при замочуванні знижується міцність утрамбованої снови.
Найефективнішим засобом запобігання нерівномірності осідання і
подальшої деформації будівель і споруд є з'єднання грунту основи методом
ін’єктування. Стабілізація заглибленого ґрунту ін’єктуванням підвищує
несучу здатність ґрунту, довговічність і міцність.
Ін'єкційне зміцнення грунту відноситься до методів зміцнення, при
якому штучно створюються додаткові зв'язки між частинками грунту
(ін'єкційним розчином), що призводить до підвищення міцності грунту і
зменшення його ущільнення (рисунок 1.2)
Рисунок 1.2 – Ін’єктування грунтів під фундаментами будівель
На відміну від методу ущільнення, інєкційне закріплення ґрунту
істотно не впливає на його структуру. Композиції, надані під час ін’єкційної
установки, утворюють міцний структурний зв’язок у ґрунтовому середовищі.
Внаслідок цього підвищується міцність ґрунту, зменшується його
14
стисливість, знижується водопроникність, знижується чутливість до змін
зовнішнього середовища, особливо вологості.
Залежно від технології закріплення, хімічних процесів у ґрунті під час
закачування розчину та характеру зміни властивостей ґрунту розрізняють
методи закріплення просадних грунтів (рисунок 1.3).
Хімічні методи стабілізації ґрунту (амонізація, смолизація, газова
силікатизація) полягають у перетворенні властивостей грунтів хімічними
розчинами в природному середовищі. Хімічні методи зміцнення ґрунту
засновані на взаємодії хімічних реагентів, що вводяться в ґрунт або хімічний
розчин, з активною частиною ґрунту, утворюючи ґрунтобетонний масив з
міцністю, довговічністю та водонепроникністю.
Рисунок 1.3 – Методи фіксації ґрунту
15
За допомогою методів хімічної стабілізації ґрунту вносять у ґрунт
3
хімічні розчини з коефіцієнтами фільтрації від 0,1 до 80 м /добу:
При Kф = 0,1-0,2 м/добу – газова силікатизація;
При Kф = 0,5-5 м/добу – одно розчинна силікатизація та смолізація;
При Kф = 5-80 м/добу - Процес дворозчинної силікатизації.
Основні властивості ґрунту, що впливають на процес хімічної
стабілізації, поділяються на дві групи:
1. Перша група включає коефіцієнт фільтрації, щільність, пористість і
природну вологість ґрунту і впливає на технологічні параметри установки;
2. До другої групи належать показники, що впливають на фізико-
хімічні процеси, що відбуваються в ґрунті під час закріплення: рН ґрунту,
вологість ґрунту, вбиральна здатність ґрунту, вміст карбонату, гіпсу та
органічних речовин у ґрунті.
Усі ці способи являють собою гелеутворюючий розчини з низькою
в’язкістю і повинні зберігатися протягом всього часу нагнітання у ґрунт.
Газова силікатизація призначена для закріплення піщаних та лісових
ґрунтів з Кф 0,1-0,2 м/добу і має стабілізуючу міцність 0,5-2 МПа. Спочатку
обробляється ліс з вуглекислим газом, потім силікатом натрію, потім знову
вуглекислим газом, розчин силікату переходить у твердий стан.
У процесі смолізації поєднуються дрібні пилуваті піски та легкі супіски
з щільністю Кф 0,5-5 м/добу з розрахунковою міцністю ґрунту до 5 МПа. В
грунт вводять органічні сполуки (карбамідні, синтетичні смоли) спільно з
одержувачами (кислоти, кислі солі) де через деякий час починається процес
полімеризації смоли. Є три стадії: 1 – розчин втрачає початкову в’язкість,
тобто загусає, 2 – розчин перетворюється у гелеподібний стан, 3 – розчин
переходить у тверду речовину.
При цьому виходить бетонний грунт з високою водостійкістю і
міцністю до 5 МПа.
Методи електрохімічної стабілізації призначені для зміцнення
3
суглинистих, мулистих і глинистих грунтів, у яких Кф менше 0,2 м /добу.
16
Проте слід зазначити, що міцність, отримана цими методами фіксації,
невисока – до 0,6 МПа.
У методах електрохімічного закріплення виділяють три напрямки:
електроосмотичне зневоднення (дренаж) – Покращує властивості
ґрунту при розробці котловану. Цей метод дозволяє відкривати ями в
надвологому ґрунті шляхом комбінованого використання постійного струму
та голчастого дренажу. Коли постійний струм проходить у ґрунт,
ініціюються фізико-хімічні процеси, що викликають електроосмос (рух води
в порах ґрунту).
осушення (електроосматичне зневоднення) При тривалому впливі на
ґрунт постійного електричного струму починаються фізико-хімічні процеси,
що сприяють електроосмосу, покращує властивості грунту при розробці
котловану.
електролітичний кремнезем. У цьому методі є два способи монтажу:
силікатний і електролітичний. Цей спосіб здійснюється за допомогою
шприца, яким під тиском вводять силікатні розчини, потім проходить
постійний струм. Одночасна дія силікатного розчину та електрода прискорює
проходження розчину в ґрунті, висихання та злежування ґрунту.
Термічний спосіб поширений для кріплення закладних глин і
забезпечує міцність кріплення до 0,2 МПа. Цей метод заснований на
закачуванні нагрітого газу в топки або гарячих продуктів згоряння через
пробурені свердловини. Під впливом високих температур (від 350°С до
8000°С) окремі мінерали, що входять до складу ґрунтового скелета,
плавляться, утворюючи міцні зв’язки між частинками ґрунту, які надають
йому нових фізико-хімічних властивостей: ґрунт втрачає поглинаючі
властивості, фільтраційних втрат води, волого- і гідроізоляційних
коефіцієнтів, глини збільшуються, а також значно зростає міцність (до 0,2
МПа).
Фізико-хімічними методами (цементними, облицювальними,
бітумними) закріплюють крупнозернисті піщані, скельні, тріщинисті та
17
карстові ґрунти з Кф більше 80 м/добу, міцністю ґрунтоутворення від 0,5
МПа. Це також дозволяє отримувати глинобетон і бітумних до 2 МПа при
цементації ґрунтів.
Цементація та аргілізація засновані на заповненні пустот, тріщин і
великих пор у великих втратних ґрунтах цементним ґрунтом або сумішшю
цементних ґрунтів, що призводить до міцного цементу, ґрунту або
цементного ґрунту, що несуть здатність гірських порід і мають міцність до 2
МПа.
Бітумізація здійснюється закачуванням розплавленого бітуму (гарячого
бітуму) у пробурені свердловини. Введений бітум починає остигати, роблячи
ґрунт водонепроникним. Коли бітумна емульсія вводиться в ґрунт (холодна
бітумізація), окремі частинки бітуму починають зливатися, закриваючи пори
ґрунту щільною масою, що підвищує міцність, сприяє формуванню бетонної
маси з когезією та гідроізоляцією.
Гірничий спосіб полягає в закріпленні лесових, суглинкових і мулистих
ґрунтів незалежно від їх Κф. При цьому способі за допомогою бура в землю
вкопується порожниста труба, на кінці якої кріпиться буровий міксер для
розпушування грунту, а при зворотному обертанні снаряда в грунт
впорскується цементний розчин. . В результаті ґрунт змішується з цементом і
утворюється купа або маса цементного ґрунту діаметром від 0,6 до 1,0 м, яка
має несучу здатність і достатню щільність.
Можливість використання методів склеювання за такими критеріями:
тип ґрунту, коефіцієнт фільтрації ґрунту та очікувана міцність ущільненого
ґрунту.
Аналізуючи отримані дані, необхідно зробити висновок, що:
найширший діапазон стабілізації ґрунту за допомогою Кф ін’єкційними
методами становить від 0,1 до 80 м/добу, що свідчить про високу міцність
ґрунту – дозволяє отримати масиви бетону, що дає можливість стабілізація,
зношеність будівель і споруд на основі їх відкладень.
18
1.3 Аналіз досліджень переведення складних інженерно-геологічних
умов в проектний для будівництва стан
При будівництві керуються рекомендаціями щодо ущільнення піщаних
грунтів з використанням віброкатків. Найпоширенішим видом обладнання
для утрамбування основного ґрунту є вібраційні катки з гладкими роликами,
переважно середні та важкі катки, герметизуючі ролики яких з’єднані з
базовою машиною – трактором [28,29].
Використання вібраційних катків замість статичних катків дозволяє
збільшити товщину ущільненого шару з 10-15 см до 30-50 см, а іноді і
більше. Видатними властивостями віброкатків є простота і зручність
експлуатації машини, висока продуктивність і економічність при ущільненні.
В даний час найчастіше використовуються віброкатки, виготовлені за
кордоном, такі як фірми «Бомаг» (рисунок 1.4)
Рисунок 1.4 – Дорожний грунтовий каток Bomag BW
BOMAG (нім. Bopparder Maschinenbaugesellschaft, Боппардер
інжинірингова компанія Фаят груп) — міжнаціональна німецько-французька
машинобудівельна компанія, яка спеціалізується на виробництві дорожньо-
будівельних машин. Випускає дорожні катки, автогрейдери,
асфальтоукладчики, трамбуючі плити.
19
Також широко використовуються грунтові катки китайського
виробника Shantui. Практично всі моделі китайського виробника
оснащуються потужною вібраційною установкою. Вона значною мірою
прискорює процес ущільнення будь-якого ґрунту. Завдяки вимірювальної
апаратури рівень стиснення незв'язних матеріалів (щебеню, бетону,
гравію, піску, гальки) перевіряється автоматично.
Грунтовий каток Shantui SR12 (рисунок 1.5) – це самохідна машина,
оснащена мійною вібраційною установкою, яка позиціонує як надійна та
стабільна техніка. Користувачі відмічають високі технічні характеристики
катка, які не поступаються аналогічним показникам конкурентів західного
виробробника.
Рисунок 1.5 – Грунтовий каток Shantui
До основних переваг будівельної спецтехніки відносяться (рисунок
1.5):
тиск у основних системах постійно відстежується бортовим
компютером;
використання сучасних розробок, що дозволяють буксирувати Shantui
SR12-5 на малі дистанції з найбільшою продуктивністю;
20
ефективність трамбування обумовлена встановленням вібраційного
агрегату, що гарантує подвійну частоту та амплітуду вібрації;
управління технікою та основними її функціями проводиться за
допомогою гідроприводу;
каток оснащений двома приводами, трансмісією з двоступінчастою
варіаторною передачею та якісною системою гідравліки.
Рисунок 1.6 – Схема китайського віброкатка Shantui SR12
Основною технічною характеристикою Shantui SR12 є його вага, яка
становить 20 т., може підніматися з основи з ухилом до 30 градусів, має
невеликий радіус повороту.
Ролики з механічним та гідравлічним приводом піддаються вібрації з
подвійною амплітудою. Це гарантує максимальне трамбування робочої
поверхні, ефективність та продуктивність, а також позитивно впливають на
подолання похилих ділянок.
21
Діаметр основного барабана становить 1,5 м, опційно може
встановлюватися барабан діаметром 1,75 м. Тиск на робочу поверхню
2
становить 453 кг/см , при цьому робочий орган повертається на кут до 36
градусів убік і до 15 вниз. Регулювання частоти коливання та амплітуди
проводиться через вібраційний блок, що дозволяє ущільнювати робочу
основу з максимальною ефективністю.
Для трамбування використовується барабан діаметром 0,55 м. У ньому
також є вібраційний агрегат, що відповідає за якість оброблюваної ґрунтовим
катком Shantui SR12 поверхні і підвищує продуктивність машини. Частота
коливань, вироблених установкою, становить 30 Гц. Існує можливість вибору
раціонального темпу роботи за допомогою встановлення одного із двох
стандартних режимів. На спецтехніку встановлюється оптимізована
гідросистема. Основні складові виробляються компаніями зі світовою
популярністю, тому характеризуються надійністю та довговічністю. Для
здійснення контролю якості ущільнення передбачено встановлення
спеціального приладу.
Аналіз досліджень глибинного ущільнення піщаного ґрунту
внаслідок поздовжньої вібрації
Поздовжньо-вібраційний локальний компресор, який згодом став
загальноприйнятим під абревіатурою «коливне дерево», був розроблений в
1960 р. Олександровичем і П. Д. Лобасовим у ВНДІГС (Всесоюзний інститут
гідромеханізації, санітарних і спеціальних будівельних робіт).
Ущільнення містить радіальний елемент, створений для забезпечення
просторової структури ущільнення з метою покращення продуктивності
шляхом збільшення радіуса дії ущільнення вздовж його довжини, утворений
трубчастим стрижнем.
Просторова конструкція являє собою багатошарову систему типу
«дерево», кожен шар складається з чотирьох пластинчастих елементів,
22
розташованих у формі хреста і зварених стрижнями у формі кола, що
звужуються назовні у вертикальній площині. Висоту стрижневої ділянки з
просторовою структурою встановлюють рівною проектній глибині
ущільненого ґрунту основи. Для штучного безпосереднього насичення
ущільненого ґрунту водою під час роботи компресора на нижньому кінці
стрижня шланга є насадка, яка подає воду під тиском до ґрунтової основи, а
насадка розташована вгорі.
Ущільнювач надійно прикріплений до вібратора через фланець у
верхній частині стрижня шланга.
Зібране вібраційне обладнання, включаючи вібратор і ущільнювач,
підвішується на гак крана. Загальний вигляд віброустановки конструкції
ВНДІГС.
У визначених точках ущільнення за допомогою описаного вібратора
процес ущільнення основи включає заглиблення основи в землю на
визначену глибину, подальше підняття ущільнювача та періодичне підняття
ущільнювача, коли він піднімається, що включає багаторазове опускання
ущільнювача під час безперервної роботи. Вібратор. Вода надходить у ґрунт
під тиском через сопло на нижньому кінці штока під час розпилення та
підйому ущільнення
При цьому відбувається динамічне збудження піщаного
водонасиченого середовища у всьому об’ємі ґрунтового матеріалу від радіуса
дії компресора до глибини занурення.
Ущільнення типу "осцилююча ялинка" - це дуже проста конструкція,
що складається із зварних деталей, які не потребують механічної обробки та
можуть бути виготовлені безпосередньо на виробництві.
У цьому відношенні найбільшого поширення на вітчизняних і
зарубіжних будівельних майданчиках отримало ущільнення піщаних ґрунтів
основи конструкційними вібраторами.
Аналіз відомого досвіду ущільнення піщаних ґрунтів вібратором
ВУУП-6 розробки ВНІІГС показує, що довжина як піщаних насипів (або
23
закладених фундаментів) у пустотах, що перекривають палі 10 мм, становила
5,5 м, ущільнювалися ґрунти з низькою вологістю.
Потужність основи звузилася до 4-6 м, а після ущільнення відносна
щільність ID досягла дуже високих значень 0,75-0,96 і кут внутрішнього
тертя ґрунту.
Аналіз дослідження ущільнення вібротрамбівками та віброплитами
Крім віброкатків, для ущільнення фундаменту використовують також
віброплити і вібротрамбовки [31]. Через низьку продуктивність і
економічність сфера його застосування обмежена компресією в жорстких
умовах базової підготовки.
Найбільш ефективним вважалося застосування сильного трамбування
для ущільнення ґрунту з оптимальною вологістю. Тому на початкових етапах
для ущільнення малотекучих, слабозв’язних, зв’язних ґрунтів фундаментів
застосовували сильну трамбування.
З 1970-х років, завдяки широко розголошеному за кордоном досвіду
Луї Менара (Франція) з використанням важких і надважких трамбовок для
ущільнення вологих ґрунтів (з рівнем вологості вище 80%), інтерес до цього
методу зростає в різних країнах.
За кордоном широко використовуються важкі і надважкі трамбування
вагою від 10 до 40 т, іноді 200 т, з висотою відвалу від 10 до 40 м, така
трамбування робить відвал компактним. Ґрунт залягає до глибини 5-40
метрів і є не тільки маловологим, але й майже повністю насиченим водою. За
допомогою такого ущільнення можна одночасно впливати на об’єми ґрунту
від 1000 кубометрів до десятків тисяч кубометрів. З цієї причини цей метод
серед фахівців отримав назву «метод інтенсивного динамічного ущільнення».
Для роботи з важкими і надважкими трамбовками використовується
спеціально створена техніка, а також великі гусеничні крани і «самохідні
триноги».
24
Ефективність інтенсивного динамічного стиснення найбільш помітна
на великих площах зони обробки. Із зарубіжного практичного досвіду
відомо, що зазвичай рекомендується використовувати інтенсивне динамічне
2
ущільнення для фундаментів площею понад 5000 м .
Трамбувальні машини ущільнюють важкі звязні й незвязні фунти
шарами 1,0 - 1,5 м, а також ґрунти в природному заляганні вільнопадаючими
2
чавунними або залізобетонними вантажами з опірною поверхнею до 1 м .
Необхідна щільність насипного ґрунту досягається за 3-6 ударів по одному
сліду.
Ущільнення здійснюється за допомогою екскаватора-драглайна (рис.
1.7), на підіймальному канаті якого підвішують вантаж. Канат запобігає
закручуванню вантажу. Вантаж піднімається вантажною лебідкою
екскаватора і скидається на ущільнений ґрунт із висоти 1 - 2 м. Частота
ударів не перевищує 0,05 - 0,1 с, енергія одиничного удару 10 - 15 кДж.
Продуктивність такого обладнання невисока, а вартість виконаних робіт —
значна. Тому такі машини доцільно застосовувати при невеликих обсягах
роботи у тісних умовах.
При значних обсягах робіт слід використовувати самохідні
трамбувальні машини безперервної дії на базі гусеничних тракторів тягового
класу 100 кН. Трактор обладнують ходозменшувачем, що забезпечує його
повільний безперервний рух у процесі трамбування. Ґрунт ущільнюють
двома чавунними плитами (муфтами) які почергово піднімають і опускають,
ковзаючи по встановлених позаду трактора напрямних штангах. Плити
підвішено на канатах. Вони охоплюють рухомі блоки, прикріплені до
вантажів та рами машини через пружинні амортизатори, що знижує
динамічні навантаження в канатах. При підніманні вантажу кривошипи
міцно зєднано з валом редуктора, а при опусканні вони відєднуються від вала
редуктора за допомогою обгінних муфт. Таким чином досягається вільне
падіння вантажу. Швидкість руху машини підбирається така, щоб відбулася
необхідна кількість ударів по одному сліду. Для компенсації переміщення
25
машини в момент контакту вантажу з ґрунтом штангу закріплюють на рамі
за допомогою еластичної підвіски.
Раніше для важких трамбувальних робіт використовувалися
екскаватори Е-10011, Е-1252, Е-2503 (2505 або 2508), що працюють в режимі
драглайна. У цьому випадку трамбування у вільному падінні піднімається та
опускається за допомогою тягової лебідки, яка не перевищує 190 кН від
виїмкової стріли, що обмежує масу трамбування. Крім того, в останні роки
виробники цих екскаваторів виробляли з використанням гідравлічного, а не
механічного приводу, що робить їх практично непридатними для певних
цілей
Рисунок 1.7 – Схема ущільнення грунту трамбуванням
а)-трамбуючими плитами на базі крана екскаватора, б)-трамбуючою
машиною на базі гусеничного трактора, в)-при зворотній засипці котлована в
стиснених умовах, г)-вальцовою трамбівкою на крутих відкосах.
Останні дослідження показують, що на даний момент можливість
широкого використання 20-30 тонн трамбування в нашій країні цілком
26
реальна, а наявним вітчизняним крановим обладнанням можна піднімати
вантажі до 15 тонн на 25 метрів.
Однак не всі ці крани можна використовувати для безпосереднього
підйому та опускання трамбовки. Робота трамбовки в крановому режимі
вимагає проектування та підготовки спеціальної траверси для розгортання,
підйому та опускання трамбовки у вільному падінні, якщо вона від’єднана
від захватного пристрою.
Безсумнівно, такий режим роботи трудомісткий і малопродуктивний,
оскільки вимагає частого трамбування, наприклад, після падіння. При
необхідності піднімати і опускати трамбовку, не знімаючи її з підйомного
каната, деякі вузли крана можуть бути спеціально оброблені в заводських
умовах.
Також є конструкція трамбування, яка не має зазначених вище
недоліків. Це глибоке утрамбовування складається з двох ударних мас, які
безперервно взаємодіють з глиною земляного полотна через заздалегідь
визначені проміжки часу. Метод друку захищений авторським правом.
Теоретичні та експериментальні дослідження показують, що таке
трамбування зменшує ущільнення ущільненого ґрунту основи порівняно з
одномасовим утрамбовуванням при тій самій масі та висоті змочування,
збільшуючи глибину на 30 %, крім досягнення тієї ж глибини ущільнення
основи. одноразове масування робиться тільки тоді, коли маса або висота
утримування збільшиться в 1,5-2 рази (рисунок1.8)
Рисунок 1.8 – Момент скидання пробного варіанта важкого двомасного
трамбування
27
Однак тестування оригінальної версії Dual Master Stamping виявило
недоліки в її конструкції. Це, по-перше, ненадійність ребристих пластин, що
закривають отвір із зовнішнього боку двомасового штампування, по-друге,
значна неоднорідність ґрунту. Випадає в осад при зовнішніх і внутрішніх
процесах.
Аналіз досліджень глибинного ущільнення піщаного ґрунту внаслідок
поздовжньої вібрації
Поздовжньо-вібраційний локальний компресор, який згодом став
загальноприйнятим під абревіатурою «коливне дерево», був розроблений в
1960 р.
Ущільнення містить радіальний елемент, створений для забезпечення
просторової структури ущільнення з метою покращення продуктивності
шляхом збільшення радіуса дії ущільнення вздовж його довжини, утворений
трубчастим стрижнем.
Просторова конструкція являє собою багатошарову систему типу
«дерево», кожен шар складається з чотирьох пластинчастих елементів,
розташованих у формі хреста і зварених стрижнями у формі кола, що
звужуються назовні у вертикальній площині. Висоту стрижневої ділянки з
просторовою структурою встановлюють рівною проектній глибині
ущільненого ґрунту основи. Для штучного безпосереднього насичення
ущільненого ґрунту водою під час роботи компресора на нижньому кінці
стрижня шланга є насадка, яка подає воду під тиском до ґрунтової основи, а
насадка розташована вгорі.
Ущільнювач надійно прикріплений до вібратора через фланець у
верхній частині стрижня штанги.
Зібране вібраційне обладнання, включаючи вібратор і ущільнювач,
підвішується на гак крана.
У визначених точках ущільнення за допомогою описаного вібратора
процес ущільнення основи включає заглиблення основи в землю на
визначену глибину, подальше підняття ущільнювача та періодичне підняття
28
ущільнювача, коли він піднімається, що включає багаторазове опускання
ущільнювача під час безперервної роботи. Вібратор. Вода надходить у ґрунт
під тиском через сопло на нижньому кінці штока під час розпилення та
підйому ущільнення
При цьому відбувається динамічне збудження піщаного
водонасиченого середовища у всьому об’ємі ґрунтового матеріалу від радіуса
дії компресора до глибини занурення.
Ущільнення типу "осцилююча ялинка" - це дуже проста конструкція,
що складається із зварних деталей, які не потребують механічної обробки та
можуть бути виготовлені безпосередньо на виробництві.
Рисунок 1.9 – Загальний вигляд віброустановки конструкції ВНІІГС
при ущільненні основи
Аналіз існуючих пропозицій щодо удосконалення методів глибокого
ущільнення ґрунту основи з використанням вібраційного обладнання
Використавши вібратор ВНІІГС ВШ-1можна суттєво (до 12–15 м)
збільшити глибину ущільненого основного шару, замість вібратора В401
(ВПП-2М).
Останніми роками для забивання обсадних труб великого діаметра за
кордоном використовуються потужні високочастотні водяні вібратори
виробництва німецької компанії Müller. Звичайно, такий вібратор також
можна використовувати для роботи з ущільнювачами.
29
У конструкції вібраційного компресора радикальні пластини утворені
перфорованою трубкою, у яку вводять збагачувальний розчин у основний
ґрунт.
Автори запропонували просвердлити додатковий отвір 1/2-1/3 в
трубчастому елементі нижнього віброущільнення для віброусадки
дрібнозернистого піску. Пористий трубчастий елемент обгорнутий
матеріалом типу Дорніт і металом. сітка, до якої подається напруга 36 для
очищення пор, що містять частинки.
Така конструкція віброущільнення повинна забезпечувати швидкий
відтік води у вертикальному напрямку від води під тиском із зони
ущільнення.
Така конструкція вібраційного компресора за принципом роботи дуже
нагадує роботу піщаної труби, призначеної для ущільнення слабких
глинистих грунтів від основи.
Вібраційне ущільнення ґрунту за допомогою описаного автором
компресора проводилося в реальних умовах під час науково-виробничих
робіт.
Свіжоподрібнений дрібний пісок ущільнювали сипучими шарами
3
(коефіцієнт пористості 0,9-1,05, щільність сухого піску 1,3-1,4 г/см ).
Потужність ущільнювального шару 4м, коефіцієнт піщаної фільтрації
1м/добу.
Запаювальний пристрій складається з трубки довжиною 5 метрів і
діаметром 159 мм. У стінці труби просвердлюють отвір довжиною 3,5 м і
діаметром 20 мм. Перфоровану частину трубки покривали двома шарами
фільтруючого матеріалу, кожен шар товщиною 5 мм. Нижній отвір трубки
щільно закривали конічним патрубком, фільтрувальний матеріал повністю
закривали металевою сіткою і через понижуючий трансформатор на трубку
подавали напругу.
На відстані 40 см від місця підключення труби до вібратора
встановлюється дренажна труба довжиною 0,5 м і діаметром 70 мм. До
30
вертикальних елементів віброгасителя кріпилися 24 горизонтальні пластини з
інтервалом 0,5 м. Розміри горизонтальних елементів становили: довжина –
0,45 м, ширина – 0,15 м, товщина – 15 мм.
Для передачі вібрації використовувався вібронавантажувач Б-401А.
Потужність електродвигуна 58кВт, максимальне споживання струму 100А,
2
амплітуда вібрації 6мм, частота вібрації 25Гц, віброприскорення 3750мм/с .
Компресор був занурений з працюючим вібратором. Через 1-1,5
хвилини занурення віброущільнювача на задану глибину грунтові води
почали надходити з відвідної труби на поверхню основи. Пісок у зоні струсу
почав інтенсивно осідати. Оптичне осадження базової поверхні та
потрапляння води на поверхню різко зменшилися через 5 хвилин. Потім
печатку було знято.
В результаті глибокого віброущільнення промитої піщаної маси
досягнуто рівномірної і високої щільності підстильного піску. Коефіцієнт
3
пористості не перевищував 0,6, щільність сухого піску досягала 1,66 г/см , а
коефіцієнт відносної щільності став більше 0,67, що свідчить про перехід
основного піску в щільну добавку.
При контрольному ущільненні промитого піску в тих же умовах, але
без регулювання витрати води, отримано значення коефіцієнта пористості не
менше 0,75, що відповідає середній щільності піщаного складу меж з пухким.
При цьому не вдавалося забезпечити рівномірний тиск по всій глибині
промитої маси.
Регулювання потоку води також збільшило ефективний радіус роботи
компресора приблизно в 12-15 разів у порівнянні з вібраційним стисненням
без потоку води.
На думку авторів, запропоновані спосіб і пристрій можуть бути
успішно використані для віброущільнення природних і штучних ґрунтів у
природних родовищах корисних копалин і земляних спорудах, таких як
родовища, дамби, обсадні труби золоторудних копалень. Захищати від
обробки водойми, пляжі, набережні тощо.
31
Відомо, що насипний ґрунт фундаменту ущільнюють гідравлічною
вібрацією і насипають його за допомогою вібраційних флотаційних
пристроїв, традиційно званих «вібраторами».
Конструкція «вібростержня» (рисунок 1.10) була виготовлена з
порожнистих брусків діаметром 200 мм і довжиною 9,5 м. У нижній частині
були ребра довжиною 2,5 м і шириною 125 м, зварені з листів. Він
виготовлений зі сталі та має головку для надійного кріплення
високочастотного вібраційного навантажувача типу В-401.
Верхня основа штанги має патрубок для підключення водяного насоса
4NDV для штучного водонасичення. на підлозі
Рисунок 1.10 – Загальний вигляд «віброштика» на точці ущільнення
основи
Є насадка на кінці і кілька додаткових насадок між ребрами. Отвір для
подачі води. В якості базової машини використовувався кран К-169.
Розробники стверджують, що в порівнянні з існуючими
вібропоплавками типу «коливальне дерево», особливо ВУУП-4, ВУУП-6 та
ін., перевагами «віброштика» є простота конструкції, хороша жорсткість і
глибина коливального стиснення Фундаменти 6- і 7-поверхових будинків
двох секцій серії 602 ЛГ закладалися переважно в дрібнозернистому
сипучому піску (місцями середньої щільності) на глибину до 6 м.
32
Контрольний датчик встановив оптимальний загальний час стиснення в
одній точці стиснення (еквівалент 12 хв).
У процесі віброущільнення у місцях занурення віброплавців та деяких
поширених поверхневих осідах утворилися осадні канавки у вигляді чітко
виражених ям діаметром 2,4–2,6 м і глибиною до 0,7 м. , обмежений
кільцевою тріщиною діаметром 6–7 м, і на основі аналізу результатів
статичного зондування остаточно встановлено відстань між точками
«стикування», що дорівнює 2,5 м. Встановлено, що у верхній зоні стиснення
під впливом коливального стиснення утворюється локальний конічний отвір
діаметром близько 0,8 м і різким зменшенням глибини від 0,7 до 0,8 м. Під
час ущільнення продукту цей шар зрізали на глибину близько 1 м шнуром.
Штампові випробування після експериментального віброущільнення втулки з
сімома точками ущільнення, які утворюють рівносторонній трикутник, дали
значення Е = 25 МПа з ρd = 1,60 т/м3 і ε = 0,66, що вказує на значне
ущільнення. Показано ефект затвердіння. У центрі між точками
віброущільнення ефект ущільнення був у 1,2–1,5 рази меншим. Виробниче
віброущільнення ґрунтів фундаментів будівель проводилось у 15 робочих
змін на 204 точках віброущільнення на глибині 6,5 м, однак через малу
товщину залягаючого сухого піску, це спосіб насичення віброфлотатора
шляхом подачі. його шлангом через воронку, що утворюється при зануренні
всередину віброфлотатора.
Результати промислового віброущільнення контролювали статичним
зондуванням на 8 добу після закінчення робіт. Значно підвищилися фізико-
механічні властивості сипучого піску, особливо модуль деформації в
діапазоні 14–20 МПа, а в іншому – у 1,5–2 рази. При цьому властивості
дрібнозернистого піску середньої густини змінилися незначно, але не щодо
модуля деформації вище 30 МПа. Загалом однорідність піску за основною
щільністю була значно покращена в результаті віброущільнення.
Фундамент будинку запроектовано стрічкою зі збірних блоків
шириною 1,6 м, з розрахунковим тиском під підошвою 0,2 МПа.
33
У результаті спостережень за опадами цієї будівлі на основі слідів
стіни, встановлених на панелі постаменту, було виявлено, що опади на
фундаменті майже спали протягом двох років, досягаючи в середньому 13 мм
(максимум 19 мм).
Порівняльні спостереження за кількістю опадів біля подібних будинків,
побудованих на пальових фундаментах, показали, що за цей же період
кількість опадів не перевищувала 4 мм.
Тому осідання будівлі на стрічковому фундаменті на утрамбованому
піску в кілька разів менше допустимого значення [57], а для будівель такої
конструкції не повинно бути більше 100 мм.
Порівнявши техніко-економічні показники двох варіантів фундаменту,
встановлено, що застосування стрічкових фундаментів зменшує
матеріаломісткість на третину. На думку автора, описаний досвід зведення
фундаментів на піщаних грунтах непридатний при зведенні великого
житлового фонду, особливо в подібних грунтах (враховуючи факт широкого
поширення виступаючих недобудованих шапок паль). вказує на необхідність
повної ліквідації паль у таких ґрунтах.
1.4 Аналіз інших відомих методів глибокого ущільнення ґрунтів
Серед інших методів глибокого механічного ущільнення ґрунту
фундаменту насамперед слід назвати метод гідравлічного віброущільнення.
Цей спосіб відомий з досвіду його використання фахівцями при будівництві
Асуанської греблі. Єгипет.
Відомі також електроіскровий, пневмопульсаційний і
гідропневмопульсаційний методи компресії. Усі ці методи перевірені лише в
лабораторних умовах або, в деяких випадках, на дослідному полі в
природних умовах. Для ущільнення глинистих ґрунтів зі слабкою основою
можна застосовувати метод ущільнення ґрунту за допомогою піщаних
відвалів і стрічкових дрен.
34
Нижче ми детально розглянемо кожен із перерахованих способів.
Спосіб гідравлічного віброущільнення полягає в безперервному зануренні
(під власною вагою) в ґрунт гідравлічного вібратора, виконаного у вигляді
подовженого циліндричного корпусу з електродвигуном і шарнірно
закріпленого на колоні напрямної труби. Для подачі води під тиском
гідровібратори обладнані трубопроводами. Віброущільнення ґрунту
проводиться на глибину, куди «занурюється» вібратор.
Вітчизняна промисловість освоїла випуск потужних глибинних
вібраторів С-629 вагою в кілька тонн.
Гідравлічний вібратор С-629 оснащений електродвигуном потужністю
25 кВт і частотою вібрації 2920 об/хв. Для водопостачання можна
використовувати насос з напором води понад 500 л/хв і до 6 атм. Ефективне
віброущільнення ґрунту досягається при відстані 2,5-3,0 м між точками
занурення одного вібратора.
У нас є досвід роботи з такими віброущільнювачами, зібраними від 2
до 6 частин. Зокрема, на Асуанській греблі шість вібраторів були встановлені
на спеціальній плавучій установці на відстані 4 метри один від одного.
Плавуча установка складалася з внутрішнього понтона з відкритою
центральною секцією для опускання вібратора і опорного порталу з труб для
підвішування вібратора і опори направляючої форми. Понтони були
закріплені опорними палями.
Фундамент ущільнювався шаром товщиною 15 м, тривалість циклу
просочення вібратора до глибини 15 м становила 60 хв, а середня
3
продуктивність ущільненого ґрунту за зміну досягала 10 тис. м .
Метод електроіскрового зварювання використовує енергію ударних
імпульсів, що виникають під час високовольтного розряду. Високовольтний
розряд генерується в ґрунтовому середовищі за допомогою генератора
імпульсів, який може генерувати певну кількість електричної енергії через
задані проміжки часу наступним чином:
35
Високовольтний трансформатор генератора імпульсів перетворює
струм в напругу від 80 до 100 кВ. За допомогою кенотрона або селенового
елемента струм випрямляється і надходить в батарею високовольтних
конденсаторів, з'єднаних кабелем з двома ізольованими один від одного
електродами через балонний розрядник. Електроди разом з грозовідвідником
кріпляться до трубчастого стрижня, який опускається в ґрунтове середовище.
Коли напруга покриття конденсатора досягне необхідного значення,
перевіряють зазор повітряного розрядника. У цей час на кінці електрода
протікає струм високої напруги, а у вологому середовищі утворюється
сильне електричне поле, що призводить до руйнування міжелектродного
проміжку. При високовольтних розрядах у насиченому водою середовищі
утворюються зони дуже високого тиску, що досягає десятків тисяч атмосфер.
Тривалість руйнування дуже коротка, кілька мільйонних часток
секунди. Після чергової несправності конденсатор перезаряджається, і
процес повторюється знову. Час між розрядами (зазвичай 20-50 секунд)
автоматично підтримується шаровим розрядним пристроєм. Ударна хвиля
при високовольтному розряді, подібно до вибуху заряду БП, руйнує
структуру вологого сипучого піску і викликає розрідження. Через деякий час
грунт набуває більш щільну структуру.
У результаті натурного обстеження, проведеного авторами
запропонованого методу, встановлено, що діаметр електроущільнювача
становить приблизно 3 м, глибину ущільненої ділянки можна забезпечити
3
максимум 10 м, а ущільнення продуктивність приблизно 1000 м
ущільненого ґрунту. На зміну.
При пневматичному пульсаційному методі стиснення голчастий фільтр
занурюють у шар піщаного ґрунту, насиченого водою, і за допомогою
спеціальної пульсаційної установки безперервно подають стиснене повітря з
частотою до 80 Гц.
Динамічний вплив пульсації повітря на ґрунт, по суті, аналогічний
ефекту традиційного глибинного вібратора. Ущільнення ґрунту зумовлене
36
коливаннями під час проходження пружних хвиль. Однак, на думку авторів,
метод повітряної пульсації більш ефективний, оскільки більш повно
випромінює пружні хвилі в ґрунтове середовище порівняно з вібраційним
методом.
На підтвердження своїх попередніх тверджень автори показують, що
при використанні джерела пульсуючого середовища ефективний радіус
стиснення становить 3–5 м, що перевищує це значення для
електромеханічних вібраторів приблизно в 3 рази, а продуктивність – у 9
разів.
Ми створили прототип ущільнювача ґрунту, який реалізував цей метод.
Він встановлювався на трактор С-80 і складався з поршневого повітряного
пульсатора, стріли з підвішеними вентиляційними трубами, лебідки для
підйому і опускання труб. Пульсувальне занурення труби здійснювалося за
допомогою пульсатора, який керувався власною вагою труби. Після
опускання труби на задану глибину для ретельної обробки кожного шару
ґрунту трубу піднімали з послідовними зупинками на кожному рівні.
Максимальний тиск у пульсаційній камері становив до 3 атм, а частота
пульсації – до 10–15 Гц. Ця машина використовувалася для ущільнення
свіжозмитого піску на глибину від 2 до 4 м.
Радіус стиснення за рахунок роботи однієї пульсуючої труби становить
4-5 м при відсутності зовнішніх навантажень у вигляді шару сухого
маловологого ґрунту, а за наявності такого шару товщиною всього досягнуто
0,2 мкм. −0,7 м і 2–0,5 м відповідно, і в результаті скелетна щільність
3
дрібнозернистого піску за рахунок ущільнення зросла з 1,54 г/см до 1,61
3
г/см .
Гідравлічний пневмопульсаційний метод компресії заснований на
динамічному впливі сили фільтрації, або так званому «динамічному циклі
фільтрації».
Відповідно до цього методу голчасті фільтри занурюють у товщу
основного піску і з'єднують по черзі з напірним і вакуумним насосом за
37
допомогою розподільного клапанного пристрою. Таким чином, у ґрунті
виникає фільтраційний «удар», який руйнує його структуру та ще більше
ущільнює його під дією власної ваги. При цьому часова послідовність таких
фільтраційних «поштовхів» вибирається такою, щоб наступний «поштовх»
генерувався лише після перегрупування частинок піску внаслідок
попереднього динамічного впливу фільтраційних сил. Дані лабораторних
досліджень показали, що для ущільнення 4-метрового шару піску на дні
необхідно створити тиск води 8-10 метрів.
Для зміцнення глинистих грунтів зі слабкою основою використовують
піщані палі - дрени. За цим способом порожнисту трубу діаметром від 400 до
600 мм, як правило, з відкритим кінцем, занурюють в грунт фундаменту
шляхом вібрації. Після того, як труба занурена на задану глибину, за
допомогою бункера за допомогою крана засипається пісок, а при включенні
вібратора труба витягується.
Відстань між центрами колодязів має становити 4-6 паль в діаметрі, а
продуктивність установки зазвичай досягає 8-15, іноді до 30-50 паль за зміну.
При будівництві комплексу протипаводкових споруд виготовлено таке
обладнання, яке покращує текучість і пластичність рідини, випробувано
армування глинистих ґрунти слабкої консистенції. Надалі, в тому числі
авторами роботи, було запропоновано використовувати для цього метод
розміщення стрічкових дренажів.
Враховуючи те, що у вітчизняній практиці відомий лише досвід
використання стрічкових дрен з глибиною занурення до 12 м, на конкурсних
засадах було закуплено імпортне обладнання фірми Soilmec (Італія).
Пристрій монтували на базі крана ДЕК-50.
Встановлення було виконано за допомогою наступних кроків. Після
установки в місці занурення в глинистий ґрунт через шар штучного піску,
попередньо розпушеного шнеком, металевий лідер із стрічковою дренажною
трубою занурювався на глибину до 30 м. Потім, спираючись на стрілу крана,
лідер повернувся на нове місце занурення. Дренажна стрічка була знову
38
вставлена в черевик і заглиблена в грунт біля основи. Тому було сформовано
дренажне поле з кроком 2,5-3 м (за результатами попередніх досліджень на
дослідній ділянці), в якому зросла відмітка тіла дамби.
Основні результати досліджень, проведених на дамбах на зміцненні
глинистих ґрунтів зі слабкою основою стрічковими дренами, полягають у
тому, що пристрій є ефективним способом розсіювання порового тиску і тим
самим підвищує стійкість основ споруд у процесі будівництва. Проте
істотного підвищення фізико-механічних властивостей глинистих ґрунтів із
дуже малими кутами внутрішнього тертя (приблизно 4°) не зафіксовано.
Авторами роботи також запропоновано та реалізовано встановлення
дренажної системи піщаного відвалу з використанням обладнання фірми
KATO (Японія). Це буде використано для будівництва КЗС шляхом
встановлення дірчастих бетонних паль діаметром 1,2 м в основі КЗС.
Монтаж таких пальових дренажних труб проводився на ділянках,
прилеглих до водопропускних труб, але оскільки після монтажу в піщаному
ґрунті цих ділянок знаходиться велика кількість бетону, арматури та ін., було
потрібно пристрій для заглиблення стрічкових дренажних труб.
Використання було дуже проблематичним. Будівництво водопропускної
труби завершено.
Порядок улаштування піщаних відвалів і дренажних канав наступний.
Після виїмки ґрунту з порожнини обсадної труби на проектну глибину і
занурення обсадної труби в трубу відром засипали пісок.
Оцінюючи перспективи застосування основних методів глибокого
стиснення, наведених у цьому розділі, слід зазначити, що деякі з них
перетинаються з уже розглянутими або знаходяться на ранній стадії розвитку
і в цілому значно поступаються їм. З точки зору продуктивності,
ефективності та охоплення, інші методи стиснення можуть бути використані
лише в поєднанні з іншими методами стиснення та в поєднанні з розглянутим
методом, про що свідчить проспективне дослідження авторів статті, що може
надати значні додаткові можливості.
39
1.5 Аналіз аспектів застосування технологій закачування для
закріплення слабких інженерно-геологічних умов
Досвід вітчизняних і зарубіжних фахівців показав, що ін’єктування
ґрунту є найбільш ефективним методом усунення причин деформації ґрунту
в фундаментах будівель і споруд.
Враховуючи висоту залізобетонних труб Дніпровського алюмінієвого
заводу (120 метрів) та ризик перекидання труб у разі випадання опадів під
час затоплення, було вирішено відокремити ґрунт під фундаментом.
Роботи з укріплення ґрунту під фундаментом будівлі Одеського театру
опери та балету є одним із прикладів вирішення проблеми деформації
будівлі, побудованої на глибокому лесовому ґрунті.
В арабському світі є багато прикладів, коли проблему деформації
будівель і споруд через осідання фундаменту вирішували шляхом штучного
закріплення ґрунту за допомогою ін’єкційних засобів. Приклади включають
вигин будівлі Управління цивільної авіації на площі Аль-Найма (Дамаск),
вигин цистерни з водою діаметром 50 метрів і висотою 5 метрів у
Студентському місті (Латакія), а також нахили будівель . мечеть в районі аль-
Мухаджрін (Дамаск), перекидання силосу через підвищення рівня грунтових
вод (Тартус), перекидання дев'ятиповерхового будинку в районі аль-Тіджара
(Дамаск) і багато інших прикладів.
В останні роки велику увагу привернув метод зміцнення ґрунтів
ін'єкційними розчинами на основі дрібнодисперсних в'яжучих. На особливу
увагу заслуговує технологія німецьких вчених, що базується на застосуванні
високоефективного мінерального в’яжучого Мікродур®, отриманого шляхом
повітряної сепарації пилу при застосуванні клінкерних цементів марки до
«600».
При будівництві нової будівлі школи в Києві було проведено практичні
вправи зі створення пальових фундаментів шляхом закачування розчину
Мікродур® (рисунок 1.11) і витягування коренів з бетонних насипів. Це
40
дозволило конструкторам значно зменшити діаметр палі з 500 до 500,
довжину з 300 мм і з 17-19 м до 6 м.
Технологія Mikrodur® також довела перевагу в плануванні підвальних
приміщень, наприклад, в адміністративній будівлі Avenue, завдяки
розміщенню земляно-бетонних фундаментних стін нижче існуючого
фундаменту.
Рисунок 1.11 – Адміністративна будівля по просп. Науки у Києві
1.6 Причини деформації ґрунту та її вплив на несучу здатність основи
Дуже часто при будівництві та експлуатації будівель і споруд
відбувається деформація основи фундаменту через недостатню несучу
здатність, що може призвести до нерівностей фундаментів, у тому числі
будівель і споруд в цілому.
Зменшення несучої здатності лесового ґрунту основи пов’язане зі
зміною режиму зволоження ґрунту внаслідок підвищення рівня ґрунтових
вод. Причинами цього можуть бути інтенсивна забудова території, що
порушує такі умови, як поверхневий стік, витоки з комунікацій, відстійників
і резервуарів, затоплення ділянок водою при будівництві дамб і водосховищ.
41
Відомі випадки підйому рівня грунтових вод на 10-15 метрів у таких містах,
як Дніпропетровськ, Херсон, Запоріжжя.
Крім того, підземна виробка та будівництво тунелів можуть бути
причиною недостатньої несучої здатності фундаменту. Зниження несучої
здатності грунту фундаменту внаслідок збільшення навантаження
відбувається в таких випадках:
- зміни надбудови, конструктивного плану будівлі, зміни типу
конструкції (наприклад, заміна дерев'яних перекриттів на залізобетонні);
- тимчасове збільшення навантаження (наприклад, зміна
функціонального призначення будівлі);
- Установка більш потужного обладнання.
- Підвищена щільність забудови.
- Зміна типу навантаження (зі статистичної на динамічну).
Відкладення є основною причиною нестійкості ґрунту в результаті
зміни фізичних властивостей під дією різних зовнішніх факторів (тиск,
навантаження, вібрація, підвищена вологість), що призводить до значної
деформації конструкцій, як відомо. Іноді вони руйнували будівлі та споруди.
Встановлення основних причин пошкоджень конструкцій і аварій у
будівлях і спорудах є досить складним завданням і вимагає ретельного
вивчення експертами обставин, що спричинили деформацію.
З метою встановлення причин деформації та її аналізу проводяться
обстеження будівель і споруд, під час яких визначаються такі показники:
однорідність і неоднорідність відкладень, їх допустимі та недопустимі
значення, швидкість течії в часі.
Якщо величина рівномірного або нерівномірного осідання будівлі або
споруди виявляється значною, необхідно виявити причини її виникнення,
усунути її та розробити рішення щодо ремонту або посилення наявних
елементів конструкції.
При рівномірному випаданні опадів будинки і споруди не
постраждають, навіть якщо значення показника досить велике. Одним із
42
прикладів є Національний музей образотворчих мистецтв у Мехіко
(збудований у 1909 році). За час існування музей занурився на 3,6 метра, але
не виявив жодних ознак деформації. Проте слід зазначити, що під час
сильних дощів можливе пошкодження під’їздів, господарських будівель,
санітарно-технічних комунікацій, водовідвідних каналів та іншого
обладнання.
Нерівномірне поселення має ще серйозніші наслідки і є одним з
головних факторів, що впливають на міцність і довговічність будівель і
споруд.
Основними причинами виникнення нерівномірних відкладень можуть
бути нерівномірність підкладки і нерівномірність напруженого стану.
Нерівності фундаменту можуть бути викликані клинами шарів під
окремими частинами будівлі, лінзоподібним нагромадженням ґрунту,
нерівномірною товщиною шару, різницею щільності ґрунту тощо.
Нерівномірність напруженого стану ґрунту зумовлена нерівномірним
навантаженням на фундамент, взаємним впливом навантажень суміжних
основ, неодночасним закріпленням ґрунту на фундаменті тощо.
Загалом нерівномірне ущільнення опадів не припиняється в період
будівництва, а продовжує розвиватися (на осілих ґрунтах) протягом років або
десятиліть експлуатації.
Виникнення нерегулярних явищ розрідження зазвичай закінчується в
період будівництва. Вони можуть виникнути в результаті риття ями і
зниження напруги на її дні. Розміри таких відкладень залежать від
неоднорідності основи та зміни напруженого стану під час виїмки (глибина
котловану, наявність ґрунтових вод тощо).
Нерівномірне випадання опадів відбувається при пластичній
деформації підстилаючого ґрунту. Поява цих відкладень може бути
викликана підвищенням показника тиску на підошву фундаменту
розрахункового опору ґрунту (наприклад, збільшення навантаження на
фундамент під час експлуатації будівлі).
43
Нерівномірні тріщинуваті опади виникають внаслідок руйнування
природної структури ґрунту під час будівельних робіт, переважно нульового
циклу. Часто ці опади закінчуються в період будівництва, особливо в перші
роки експлуатації.
Нерівномірне випадання опадів протягом періоду експлуатації часто
спричинене ущільненням ґрунту, впливом різних вод (ґрунтових,
атмосферних, виробничих), ослабленням внаслідок підземних робіт,
земляних робіт, механіки, геологічних процесів тощо. Це пов'язано з різними
причинами, такими як фактори.
У міру відступу нерівності в залежності від жорсткості будівлі або
споруди виникають такі види деформацій і зсувів: вигин, кручення, крен,
нахил будівлі, горизонтальне зміщення фундаменту (рисунок 1.12, а-г).
Прогин або вигин (рисунок 1.12, а, б) може виникати у високих
будівлях або не дуже жорстких конструкціях і, як правило, призводить до
перекосу конструкції. У деяких випадках одні деталі можуть згинатися, а
інші – згинатися.
При прогині найбільш небезпечна зона розширення спостерігається в
нижній частині будівлі або споруди, а при вигині - вгорі. Деформація вигину
набагато серйозніша, ніж вигин, і може спричинити поширення тріщин
зверху, що призведе до втрати стійкості торцевої стінки, обвалення підлоги
тощо.
Прогин виникає в результаті рівномірно прикладених навантажень
уздовж будівель і споруд з досить потужними однорідними глинистими
грунтами. При цьому центральна частина будівлі стає увігнутою, а краї
прагнуть до центру несучої платформи. Пояснюється це розподілом
навантаження на більшу площу в кутовому перерізі, який виходить вперед до
краю стіни. Таким чином, також зменшується кут осадки в кінці стіни, яка
отримує велику опорну площу. Така деформація призводить до утворення
тріщин по краю стіни приблизно під кутом 45 градусів від краю до центру.
Нижній кінець тріщини спрямований у бік більш дрібних відкладень.
44
Тріщини, які виникають у центрі будівлі, часто мають принцип ширшого
внизу та вужчого зверху. Якщо в стіні будівлі є горизонтальна смуга, то в
центральній частині будівлі під нею можуть з’явитися горизонтальні
тріщини. Деформація кручення може виникнути з наступних причин: (при
наявності в центральній частині будівлі під фундаментом ділянок зі слабким
грунтом або порожнечами, при великому навантаженні в центральній частині
будівлі, при наявності твердих включень (скелі, відкладення).
До можливих причин прогинів будівель і споруд відносяться важкі
цегляні стіни, внутрішні колони, слабкі навантаження в котлованах і
котлованах, слабкі або слабкі фундаменти і конструкції біля країв будівлі. У
цьому випадку кути будуть більш стійкими, а діагональний проріз вгорі
ширше. При цьому зовнішня стінка зсувається назовні, утворюючи V-
подібну виїмку в місці з’єднання з поперечною стінкою. Це в першу чергу
відбувається, коли до основи зовнішніх бічних стінок прикладаються
нецентральні навантаження. Залежно від загальної кількості опадів на
внутрішніх стінах з’являються відповідні діагональні тріщини, які часто
спотворюють дверну коробку. Настил, що підтримується каркасом, може
витримати сильний дощ без пошкоджень, але якщо він спирається
безпосередньо на ґрунт або на окремий фундамент, який підтримується
незалежно від стін, це може призвести до серйозних пошкоджень
стиків.Можуть виникнути пошкодження та тріщини.
Прогин будівлі або споруди (рисунок 1.12, в) виникає при наявності
різких нерівностей ґрунту на короткій ділянці при збереженні вертикального
положення споруди. Такі деформації можуть виникнути, наприклад, коли
відкладення суміжних фундаментів або кількох фундаментів, розташованих
підряд, розходяться через різні навантаження на суміжні фундаменти, або
коли під одним із фундаментів є слабкий або виникає при наявності ґрунту.
Прогин призводить до появи діагональних тріщин, що особливо небезпечно у
вузьких стінах.
45
Рисунок 1.12 – Види деформацій будівель та споруд: а – прогин, б –
вигин, в – перекіс, г – переміщення фундаментів, д – крен, е – скручування
Під дією горизонтальних навантажень відбувається горизонтальне
зміщення фундаменту будівлі або споруди (рисунок 1.12, г). Наприклад,
фундаменти мостів або гідротехнічних споруд при горизонтальному
переміщенні ґрунтової маси при зсувах або підземному будівництві поблизу
існуючих будівель.
Ухил будівлі (рисунок 1.12, д) — це поворот фундаменту відносно
горизонтальної осі, який виникає при несиметричному навантаженні
фундаменту або при несиметричному нашаруванні ґрунту відносно
вертикальної осі та при місцевих осіданнях. . Крім можливості
горизонтального переміщення верхньої частини конструкції, під окремими
фундаментами несучої конструкції створюються додаткові зусилля за
рахунок нерегулярного випадання опадів. Це визначається при оцінці зв'язку
46
між конструкцією та грунтом, що лежить під ним. Цей вид деформації
характерний для жорстких конструкцій і найбільшу небезпеку представляє
для висотних будівель, таких як димоходи і вузькі багатоповерхові будинки.
Вигин (рис. 1.12, е) виникає, коли будівля або споруда не нахилені по
довжині, особливо коли скручування розвиваються в різних напрямках у
двох поперечних перерізах конструкції. Таке відкладення відкладень і ґрунту
перерозподіляє навантаження, що призводить до утворення тріщин і
руйнування конструкції будівель і споруд.
Класифікація видів і причин нерівномірності деформації будівель і
споруд:
нерівномірний тиск ґрунту. Нерівномірне ущільнення ґрунту,
нерівномірне навантаження на фундамент, концентрація напружень на кутах
будівель, пошкодження ґрунту при будівництві та інші подібні фактори
можуть викликати проблеми в ділянках, що виходять до країв будівель і
споруд. Він викликає відкладення, які викликають тріщини на схилах. Стінки
Тип і причина руйнування та деформації можна виразити напрямком і
ступенем розкриття тріщини.
надбудова, прибудова. Ці будівельні роботи сприяють зміні
напруженого стану фундаменту, створюючи додаткові стискаючі напруги в
ґрунті під існуючою конструкцією, що призводить до руйнування
фундаменту. Коли до будівлі додається часткова надбудова по її довжині,
діагональні тріщини в стінах, що примикають до існуючої будівлі,
розвиваються та «перекидаються», змушуючи стіни існуючої будівлі, що
примикає до нової будівлі, закривати шви відкладень проти отриманого схил.
різні навантаження на фундамент у межах довжини будівлі. Різниця
навантаження будівель та споруд за їх довжиною викликають різні опади
фундаментів. Це залежить від прорізів та глухих ділянок стін, які несуть
велике навантаження від міжповерхових перекриттів, що може спричинити
осадку і, відповідно, появу тріщин у місцях примикання поздовжніх та
47
поперечних стін. У такому разі з'являються похилі тріщини, які «падають»
униз від поздовжньої стіни, іноді спостерігається зріз.
котлован біля існуючого будинку. Така процедура дозволяє рухом
землі захоплювати ділянки фундаменту будівлі, розташовані на схилі або
поблизу нього, створюючи похилі тріщини в стіні з боку виїмки, а в деяких
випадках і нахиляючи прилеглу стіну, де є небезпека обвалу Є небезпека. В
цьому випадку кріплення стінок котловану не завжди ефективно. Наприклад,
його потрібно зробити дуже жорстким, наприклад, шляхом попереднього
натягу, або застосувати інші технічні методи. Впливають такі виробничі
фактори, як відкачування води, видалення ґрунту та розм’якшення ґрунту
внаслідок динамічного впливу будівельної техніки.
взаємний вплив сусідніх установ. Відомо, що споруди, які будуються
одночасно, часто нахиляються одна до одної, а споруди, які будуються в
різний час, часто нахиляються до пізнішої споруди. Це пояснюється тим, що
зони напружень фундаменту частково перекривають одна одну, збільшуючи
локальний тиск на ґрунт. Будівництво будівлі на природному фундаменті
може призвести до подальшого локального осідання та утворення
діагональних тріщин, що прилягають до існуючої будівлі.
вплив поверхневих навантажень. Навантаження на поверхню ґрунту,
викликані складуванням будівельних матеріалів, виробів і промислової
сировини в безпосередній близькості від стінок, сприяють локальному
ущільненню ґрунту основи, викликаючи локальну осідання основи та
відповідні наслідки. Наприклад, зворотна засипка ділянки після будівництва
будівлі призводить до широкомасштабних навантажень і подальших напруг у
ґрунті, які поширюються на більшу глибину, викликаючи значне осідання
фундаменту.
динамічні ефекти дії. Рух великогабаритних транспортних засобів,
забивання паль для нових будівель, робота молотів і ущільнювачів, а також
багато інших причин, які викликають динамічні ефекти, можуть вплинути на
стан грунту та пошкодити конструкції над землею. Такі дії по черзі
48
ущільнюють піщаний грунт і розпушують глинистий, після чого фундамент
осідає, а в стінах з’являються тріщини.
промерзання і відтавання ґрунту. При промерзанні грунту вертикальні і
тангенціальні сили підйому можуть викликати нерівномірний підйом
фундаменту. Це особливо небезпечно для споруджуваних будівель, де вага
стін ще невелика, а жорсткість на вигин низька, що призводить до великої
кількості пошкоджень у вигляді тріщин у стінах. Загалом відтавання ґрунту
призводить до осідання фундаменту, який постійно стає вище, тому стіни
отримують нові пошкодження. Такого результату варто очікувати в
неопалюваному будинку, який піддався капітальному ремонту, особливо
якщо є підвал. Зовнішні стіни можуть відділятися від бічних стін, можуть
утворюватися тріщини по всій висоті стіни, і стійкість може бути порушена.
температурна аномалія. У висотних будинках і спорудах через
відсутність теплоізоляційного шару температурні деформації можуть
призвести до появи майже вертикальних тріщин у центральній частині
будівлі.
усадкова деформація. Такі деформації спостерігаються у
великопанельних будинках. Тут тріщини виникають в області отвору,
особливо в кутах отвору, виникають в радіальному напрямку, але не
становлять небезпеки для будівлі. На поверхні оштукатурених стін можуть
утворюватися дрібні, хаотично розкидані спрямовані закриті тріщини, які не
доходять до країв стіни.
конструкція перевантажена. При перевантаженні стін будівель і
споруд, особливо стін і колон, у кладці виникають відкольні тріщини з
характерною вертикальною спрямованістю і замкнутим характером, що
свідчить про початок руйнування. Такі тріщини надзвичайно небезпечні і
можуть призвести до того, що одна стіна раптово вийде з ладу, викликаючи
ланцюгову реакцію, яка руйнує інші стіни.
приватна справа. Вертикальні лінійні тріщини з постійним розкриттям
по всій довжині часто виникають, наприклад, на стику старих і нових стін
49
або в рядах кладок. Також тріщини можуть виникнути в місцях примикання
перегородок до стелі. Відділення перегородки від стелі. Причинами цього
можуть бути відкладення підлоги (на ґрунті), прогин балок перекриття,
усадка матеріалу перегородки.
ивітрювання (знос) стінових матеріалів. Коливання температури і
вологості повітря поступово впливають на стан цегляних стін, викликаючи
дрібні і неглибокі тріщини від вивітрювання (зносу), які згодом
відкриваються на поверхні стіни. Для досить величезних стін такі тріщини не
небезпечні.
Висновки до розділу 1
Сучасна будівельна наука, проектування та технологічні
інфраструктури пропонують широкий спектр можливостей варіювати складні
інженерно-геологічні умови, збільшуючи тим самим несучу здатність
фундаментів і зменшуючи їх деформативність. Проникність Завдяки таким
заходам можна відмовитися від використання складних і дорогих
конструкцій для посилення основ і фундаментів будівель і споруд. В окремих
випадках такі способи можуть виявитися єдино допустимими при
реконструкції будівель і споруд в умовах соціальної та обмеженої забудови.
На відміну від методів ущільнення, ін’єкційне ущільнення ґрунту не
впливає істотно на структуру ґрунту. Під час ін’єкційної фіксації введені
сполуки утворюють міцні структурні зв’язки з ґрунтовою масою та
зовнішнім середовищем, зокрема зменшуючи вміст води.
Крім того, порівняно зі звичайними методами, метод ін’єкційного
ущільнення фундаменту може отримати найширший діапазон нерухомого
ґрунту з Кф від 0,1 до 80 м/добу та отримати геомасу ґрунту з високим
показником міцності, тому він може запобігти деформації будівель. Його
можна стабілізувати. Видаліть фундаментні та будівельні відкладення.Згідно
з досвідом вітчизняних і зарубіжних фахівців, найбільш ефективним методом
усунення причин деформації ґрунту в фундаментах будівель і споруд є
ін’єкційне ґрунтування.
50
РОЗДІЛ 2. ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТОВИХ МАСИВІВ, ЩО ЗАКРІПЛЕНІ
ІН'ЄКЦІЙНИМИ РОЗЧИНАМИ
2.1 Матеріали ін'єкційних складів для стабілізації грунтових структур
Новий високоефективний мінеральний в'яжучий засіб "Mikrodur"
("Мікродур") - продукт повітряної сепарації пилу під час помелу мінеральних
компонентів. ОТДВ «Мікродур» [5] в своїй основі є гідравлічним
мінеральним в'яжучим, яке як і звичайна цеметна сировина при різних
показниках водоцементного співвідношення, твердіє, вступаючи в реакцію з
водою.
У порівнянні з цементом (найбільш поширеним мінеральним в'яжучим)
ОТДВ «Мікродур» має ряд особливостей:
1. висока проникність суспензії ОТДВ «Мікродур» в грунти і
пористі матеріали;
2. швидке затвердіння (70% марочної міцності через 2 доби),
3. висока водоутримуюча здатність при водоцементному
відношенні до 6 (В / Ц S 6,0);
4. збереження заданої в'язкості суспензії до 120 хв. (табл. 1).
Склад ОТДВ «Мікродур»:
цемент
клінкерні мінерали (25-40%)
шлак (60-70%)
мінеральні заповнювачі
компоненти для регулювання термінів твердіння
Основне призначення «Мікродура» – зміцнення та гідроізоляція при
реконструкції стін та фундаментів пам'яток архітектури без порушення їх
архітектурного вигляду, ремонт кам'яних та бетонних конструкцій,
покращення властивостей основ. Особливості «Мікродура» пов'язані з малим
розміром частинок та його раціональним гранулометричним складом:
51
Таблиця 2.1 – Характеристика дисперсності суміші мікродур
Кількість часток з діаметром (%)
Марка
<2 рм <4 рм <6,5 рм <9,5 рм <16 рм <24 рм
S 17 34 49 68 90 95
F 19 45 60 80 95 -
U 25 55 78 95 - -
X 45 80 95 - - -
- широка сфера застосування (від вельми тріщинуватих і
великоуламкових з коефіцієнтами фільтрації 80 м/доб до пилуватих грунтів з
коефіцієнтами фільтрації 1x10-6 м/доб);
- Висока проникаюча здатність (в тріщини і пори розміром до 18 мкм і
менше);
- Седиментаційна стійкість (седиментація суспензії Вода: Мікродур =
2:1 (за вагою) не перевищує 5%;
- Висока міцність тампонажного каменю; - Терміни схоплювання 3 - 4
години;
- Швидкий набір міцності (70% марочної за 48 год);
- Суттєве зниження коефіцієнта фільтрації (з 1x10-4 до 1x10-7 м/с)
Таблиця 2.2 – Класифікація ОТДВ Mikrodur®
Крупність зерен Mikrodur® Фірмове позначення Mikrodur®
d95[gM] R P E-Plus
Tun S: d95 < 24 R-S P-S S-E-Plus
Tun F: d95 < 16 R-F P-F F-E-Plus
Tun U: d95 < 9,5 R-U P-U U-E-Plus
Tun X: d95 < 6,5 R-X P-X X-E-Plus
У таблиці 2.3 наведені матеріали, які використовуються для ін’єкційної
консолідації лесових просідань та наведені дані про його густину та питому
52
поверхню.Для приготування ін'єкційного розчину використовувалася
водопровідна вода [54].
Таблиця 2.3 – Властивості застосовуваних матеріалів
Щільність Питома
Час
№ Матеріал, що застосовується порошку, поверхня,
помолу, хв
р, г/см3 SY,%, см/г
1 Цементний пил 3,1 12100 -
2 Вапняк 2,62 9200 40
3 Пісок 2,6 5250 30
4 Мікрокремнезем 2,20 12150 -
5 Мікрокремнезем 2,25 12400 -
6 Mikrodur® R-U-E-Plus 2,90 10600 -
Необов'язковим додатковим компонентом ін'єкційного розчину (при
наявності складних умов закачування або для в/в розчинів нижче 4,0 в
кількості 1-3% від маси ОТДВ) є пластифікатор: – Високоефективна
комплексна багатофункціональна добавка ДсТУ 5743-008-44628610-2011 -5.
Д-5 – ефективний пластифікатор і прискорювач твердіння на основі
поліпшених водовідновлювачів і природних мінеральних компонентів, які
забезпечують високу міцність, водонепроникність, морозо- і
сульфатостійкість, зчеплення з бетоном і розчином.
С-3 – органічна синтетична речовина, отримана з продукту конденсації
нафталінсульфокислоти та формальдегіду, що забезпечує плинність бетону
та розчину. Якісні показники використовуваних пластифікаторів наведені в
таблиці 2.4.
Таблиця 2.4 – Якісні показники добавок С-3 та Д-5
Технічні характеристики С-3 Д-5
Порошок від світло- Порошок от
Зовнішній вид жовтого до коричневого світло-бежевого
кольору кольору
53
Насипна щільність, г/см3 0,50-0,80 0,35-0,5
Масова доля вологи, % < 10 < 8
Активність водородних іонів
7,0-10,0 8-10
(рН) 2,5% водного розчину
Вибір добавок Д-5 та С-3 пояснюється тим, що у попередньо
проведених дослідженнях вони мають переважні результати щодо
ефективності, доступності, вартості та інших показників, порівняно з іншими
добавками.
2.2 Технологічні характеристики ін’єкційної стабілізації
закріплення структурно нестабільних ґрунтів
Розчини ОТДВ призначені для лиття фундаментів будівель і споруд. Як
правило, ін'єкційний монтаж грунту в основному виконується для різних
типів фундаментів: окремо стоячих, стрічкових і суцільних.
Стабілізація розчинами ОТДВ не тільки зміцнює підстильний ґрунт і
підвищує його несучу здатність, а й сприяє перетворенню ґрунту в
конструктивні елементи для будівель і споруд, що в свою чергу підвищує
його несучу здатність. Збільште ширину і глибину.Особливістю роботи на
таких фундаментах є те, що навантаження на грунт фундаменту повністю
передаються через підошву фундаменту.
Тому нижче наведені різні конструктивні схеми базової стабілізації
ґрунту розчинами ОТДВ в залежності від типу основи.
- Схеми періодичного закріплення ґрунту. У цій схемі весь грунт
укладається під низ стрічкового фундаменту з обох сторін за допомогою
розпірок (рисунок 2.1) і під низ кожного самостійного фундаменту (рисунок
2.2).
- Укріплення ґрунту смугами, стабілізація підстильного ґрунту з обох
сторін фундаменту (рисунок 2.3) або по всій довжині фундаменту (рисуно
2.4).
54
Рисунок 2.1 – Періодична схема закріплення фундаментів стрічкового
фундаменту: 1 – конструкція, 2 – фундамент, 3 – ґрунтовий бетон, 4 –
інжектор
Рисунок 2.2 – Періодична схема закріплення основи окремо стоячого
фундаменту: 1 – конструкція, 2 – фундамент, 3 – ґрунтовий бетон
55
Рисунок 2.3 – Стрічкова схема закріплення основ по двох сторонах
фундаменту: 1 – конструкція, 2 – фундамент, 3 – ґрунтовий бетон, 4 –
інжектор
Рисунок 2.4 – Стрічкова схема закріплення основ по всій площині
фундаменту: 1 – конструкція, 2 – фундамент, 3 – ґрунтовий бетон, 4 –
інжектор
56
– безперервна схема фіксації ґрунту, в результаті якої фіксація
відбувається під підошвою міцного фундаменту, наприклад, при зануренні
інжекторів через корпус фундаменту або горизонтально з боків (рис. 2.6);
Рисунок 2.5 – Безперервна схема закріплення основ: 1 – конструкція, 2
– фундамент, 3 – ґрунтовий бетон
– фігурна схема фіксації ґрунту, яка спрямована на фіксацію ґрунту
по периметру фундаменту (рис. 2.6).
Рисунок 2.6 – Фігурна схема кріплення основ: 1 – конструкція, 2 –
фундамент, 3 – ґрунтовий бетон
57
Крім фізико-хімічних властивостей ґрунту, значний вплив на вибір
параметрів стабілізації ґрунту для фундаменту (радіус кріплення r, відстань
між ін’єкторами l, кут нахилу ін’єктора) мають також розміри підошви
фундаменту (довжина, ширина, висота). і можливість знаходження уколів.
При ширині фундаменту не більше 2 м форсунки забивають
вертикально (рисунок 2.7, а при ширині фундаменту більше 2 м для
отримання суцільного закріплення ґрунту під фундаментом необхідно
забивати форсунки під кутом (рис.2.8) або разом (рис. 2.9).
Рисунок 2.7 – Вертикальна схема розташування інжекторів при
закріпленні основ: 1 - фундамент, 2 - інжектор, 3 – ґрунтобетон.
Рисунок 2.8 – Похила схема розташування інжекторів при закріпленні
основ: 1 - фундамент, 2 - інжектор, 3 – ґрунтобетон, 4 – будівля
58
При наявності великих фундаментів (наприклад, потужних
фундаментів) для скорочення тривалості робіт і зниження трудовитрат
рекомендується забивати форсунки горизонтально, якщо одна сторона
фундаменту вільна рисунок 2.10).
Рисунок 2.9 – Комбінована схема розташування інжекторів при
закріпленні основ: 1 - фундамент, 2 - інжектор, 3 – ґрунтобетон, 4 – будівля
Рисунок 2.10 – Горизонтальна схема розташування інжекторів при
закріпленні основ: 1 - фундамент, 2 - інжектор, 3 – ґрунтобетон, 4 –
споруда, 5 – шахта.
Трудомісткість робіт по фіксації ґрунтів основи будівель і споруд
також залежить від підошви фундаменту, де при установці колодязів для
занурення інжектора в корпус фундаменту, висота підошви фундаменту і
тип матеріалу, з якого він складається (бетон, залізобетон, камінь і т.д.).
Аналіз конструкційних і планувальних рішень фундаментів показав
залежність схем кріплення і розташування інжекторів від розмірів, типів і
розташування фундаментів.
59
Так, у всіх видах фундаментів, де:
відношення ширини підошви фундаменту до радіуса фіксації менше
двох - інжектори забиваються вертикально,
більше двох - інжектори забиваються косо, комбіновано або
горизонтально.
2.3 Деформаційні характеристики ґрунтових бетонних масивів, що
ін'єкційно закріплені розчинами
Значення міцнісних і деформаційних властивостей, отримані в
результаті лабораторних досліджень штучно створених зразків ґрунтобетону,
порівнювали з аналогічними властивостями зразка, відібраного з
ґрунтобетонного блоку, отриманого для контролю якості робіт з
улаштування реального ґрунту основи.
Перед початком натурних випробувань основу дослідного майданчика
було піддано попередньому дослідженню на визначення основних
властивостей армованого ґрунту [55]. Для цього було відібрано проби
методом кругового різання. Ріжучу кромку кільця встановлюють на
попередньо очищений рівень ґрунту і починають вручну вдавлювати його в
землю за допомогою насадки. При цьому внутрішню частину
пробовідбірників необхідно змастити тонким шаром вазеліну. Грунт, що
оточує кільце, потім видаляють на відстань 5-10 мм нижче ріжучого кільця,
утворюючи колону на 1-2 мм більше, ніж зовнішній діаметр кільця, при
цьому кільце періодично поміщають поверх колони ґрунту. Засипане ґрунтом
кільце відокремлюють, надрізаючи на відстані 8-10 мм від краю кільця, а
виступаючу поверхню ґрунту зрізають ножем врівень з краями кільця.
Відкриті торці відібраних проб щільно закривають, упаковують у коробку та
відправляють у лабораторію.
60
За результатами інженерно-геологічних досліджень підґрунтя виділеної
ділянки являє собою тверду лесоподібну глину світло-коричневого кольору,
що відповідає ґрунтовим умовам першого типу просідання.
Вибір цієї зони обумовлений зручністю відбору проби бетонного
грунту з боку свердловини після схоплювання розчину. Для визначення
контактної міцності із зрізаного ґрунту бетонного блоку виготовляли
модельні зразки.
Дані, отримані в результаті випробувань, використовуються при виборі
складу і розрахунку нерухомої маси ґрунту в проектах.
Дослідження закріплення ґрунту дослідної ділянки розчином КТВ
проводили в наступному порядку. Перфоровані ін'єктори опускаються в
попередньо пробурені свердловини діаметром 120 мм і глибиною 2 м в точно
визначеному напрямку споруди. Перед зануренням отвори форсунки
закриваються гвинтом.
Після завершення підготовчих робіт приступаємо до підготовки
розчинів для ін'єкцій, відповідно до описаної вище методики. Рецептура і
властивості використаних рішень ОТДВ представлені в таблиці 2.7, міцність
при стисканні затверділого ОТДВ при різному водо-в'яжучому відношенні
представлені у таблиці 2.5.
Таблиця 2.5 – Склади розчинів ОТДВ для фіксації ґрунту
№ п/п Склад ОТДВ Співвідношення Властивості розчинів ОТДВ
ОТДВ , % В/В
В'язкістьсек Водовідведення
через 120 хв., %
1 МКД / ЦП 50/50 35
3 0
2 МКД / КМ 50/50 36
3 МКД / ПВ 50/50 37
З таблиці 2.6 можна проаналізувати, що приготування розчинів ОДТВ
із вмістом Microdur® більше 50% від загальної маси є недоцільним через
61
високу вартість цього матеріалу. Зменшення дорогої імпортної продукції на
50-80% матиме позитивний економічний ефект, збільшить попит на
вітчизняну сировину, підвищить конкурентоспроможність на світовому
будівельному ринку.
Таблиця 2.6 – Міцність при стисканні затверділого КТДВ при різному водо-
в'яжучому відношенні
№ Співвідношення Водов’яжуче Міцність на
Вид наповнювача
п/п МКД/наповнювач, % відношення стиснення, МПа
0,4 82,3
Цементнаий пил 0,6 79,5
1 50/50
(ЦП) 0,8 75,1
1,0 71,8
0,4 62,2
Карбонатна мука 0,6 60,1
2 50/50
(КМ) 0,8 58,2
1,0 55,8
0,4 45,1
0,6 43,7
3 50/50 Пісок П
0,8 41,3
1,0 38,9
Результати дослідження показують, що в’язкість розчину та показники
седиментації практично однакові для всіх матеріалів, що свідчить про
потенціал кожного матеріалу для використання в якості наповнювача для
Microdur® в ін’єкційних розчинах.
Стабілізацію ґрунту досягали шляхом рівномірного нагнітання
підготовленого розчину КТВ у кожну форсунку гвинтовим електронасосом
Desoi BMP-5/SP-Y під тиском розрідження до 0,3 МПа.
Стабілізація основного ґрунту закачуваними розчинами полягає в
інтенсивному нагнітанні розчину в ґрунт спеціальними насосами під тиском,
що перевищує бічний тиск ґрунту, що сприяє утворенню площин
руйнування, перпендикулярних ґрунту. . Збільшення маси ґрунту за рахунок
подальшого внесення розчину і, отже, ущільнення навколишнього ґрунту.
62
Через 28 днів зразки ґрунтового бетону були відібрані з досліджуваної
ділянки шляхом буріння свердловини біля схилу свердловини та доставлені в
лабораторію блоками. Крім того, з отриманих бетонних блоків було
відібрано зразки та виміряно характеристики міцності та деформації
шліфованого бетону.
Різниця між лабораторними даними та даними природних досліджень
не перевищує 10% .
Площа поверхні в'яжучого, отриманого в цьому дослідженні, становить
2
5000-12000 см /г, що в кілька разів перевищує показник стандартних
бетонних в'яжучих, і має унікальний механізм твердіння. Відомо, що
основним фактором, що впливає на активність в'яжучого (цементу), є питома
поверхня. Крім того, на процес структуроутворення ін’єкційного розчину
ОТДВ впливає навколишнє середовище, яке конкретно можна виразити у
вигляді вологого «пучка», який чинить певний тиск на розчин ОТДВ.
Ступінь гідратації ОТДВ визначали за ступенем гідратації
триквасилікату - СІ0 3CaO·SiO2 - C3S. Рентгенофазовий аналіз показав, що
ступінь гідратації клінкерної фракції ОТДВ знаходиться в межах 85-95%,
тоді як для звичайних бетонних в'яжучих цей показник становить -70-80%.
Процеси дегідратації в цьому діапазоні температур супроводжуються
значною втратою маси, що фіксується на кривій ТГ. Внутрішній
електростатичний ефект в інтервалі температур 820–880 °С, зазначений на
обох термограмах, відображає дегідратацію кальциту. Екзотермічний ефект
при температурі 900-920 °С зазвичай називають гідратом тобермориту. Як
видно, криві ДТА підтверджують результати рентгенофазового аналізу.
Таким чином, висока питома поверхня частинок ін’єкційної суміші
КТВ у поєднанні з умовами їх твердіння в середовищі постійної вологості
ґрунту та тиску в їх структурі позитивно впливає на формування структури
цементної матриці..
63
2.4 Конструктивні властивості простих бетонних блоків, ін'єкційно
закріплених розчинами ОДТВ
Як показує багаторічний досвід досліджень зарубіжних учених,
основними факторами просідання лесових порід є особливість будови цих
грунтів, що відрізняються розмірами і формою твердого тіла. Мінеральні
елементи, будова порового простору та структурні зв’язки між молекулами.
Частинки пилу та глини в осадових породах утворюють ізометричні
агрегати розміром від 0,01 до 0,25 мм, що надає їх структурі високу
агрегатність. 200i 3D-SEM/FIB, який дозволяє побачити структурні
особливості піску та великих пилових зерен ґрунту, які називаються
гранулами. В результаті спостережень було відмічено, що всередині сферули
знаходиться ядро з окремих дрібних кварцових блоків, над якими
знаходиться кірка кальциту. Глинисті мінерали просочені оксидами заліза та
аморфним кремнеземом (SiO2).
Особливістю твердих структурних елементів у суглинистому ґрунті є
формування в ньому агрегованої (зернистої) мікроструктури, що створює
пористість (зазвичай до 46%). У той же час існує три типи пор, які
утворюють поровий простір: великі пори, дрібні пори, що перекриваються, і
внутрішньооб’ємні дрібні пори.
Великі пори є важливою діагностичною ознакою структури осадових
порід, яку можна побачити неозброєним оком, і є основними каналами, що
утворюються під час міграції води та газів.
Міжрегрегетних мікропори є найважливішими в структурі лесових
порід, так як вони утворюють основну частину пористого простору, що
визначає величину деформації просідання ґрунтів.
Внутрішньорегреговані мікропори в поровому просторі порід лесової
породи визначають особливості деформації цих ґрунтів, обумовлені
структурними зв'язками, характер яких складається з умов формування
лесів.
64
Структурна адгезія в суглинних ґрунтах є насамперед результатом
контактних зв’язків між зернами та агрегатами глинистого пилу, які
називаються глинистими «підкладками». Міцність цих зв'язків визначається
іонними електростатичними силами. При контакті з водою вони швидко
втрачають свою міцність і стають слабкими коагулянтними зв'язками.При
осіданні суглинистих ґрунтів, крім перехідних, виникають також контакти
цементного типу, які можуть легко виділяти розчинні солі в місцях контакту
при випаровуванні порової вологи.
Розглядаючи механізм руйнування суглинистих ґрунтів, виявляється,
що збільшення руйнування пов’язане з наявністю оборотних перехідних
зв’язків, які можуть швидко руйнуватися під час зволоження. У той же час
наявність більш міцних фазних з’єднань дугового типу, навпаки, сприяє
підвищенню міцності конструкції, тим самим зменшуючи кількість осідків.
Алювіальні ґрунти мають повільні деформації після просідання, значно
перевищуючи величину просідань, викликаних короткочасним зволоженням.
Поверхневий натяг води, відомий як капілярні сили, також відіграє
певну роль в осіданні мулистого ґрунту. Експериментальні дослідження
показують, що при заповненні пор в суглинистих грунтах їх міцність швидко
і різко знижується внаслідок втрати капілярів, що з'єднують окремі зерна, і це
закінчується не тільки руйнуванням перехідних зв'язків. Також дуже
ймовірно, що дія поверхневого натягу води діє як свого роду пусковий
механізм, що сприяє ініціації процесу осадження.
У результаті проведених досліджень можна зробити висновок, що
процеси осадження суглинистих ґрунтів починаються за двома
взаємопов’язаними явищами, які відбуваються при подальшій або одночасній
дії зовнішнього навантаження під час зволоження. Перш за все, відбувається
різке зменшення енергії взаємодії структурних зв’язків під час контакту та
зникнення сил поверхневого натягу, що призводить до перетворення
тимчасових контактів у коагуляцію, а також до втрати структурних сил. Крім
того, спостерігався розпад агрегатів глинопорошків, що створювало своєрідні
65
дефекти мікроструктури, створюючи сприятливі умови для взаємного
зміщення структурних елементів. У результаті деякі більші пори та більшість
менших міжфазних пор закриваються, створюючи більш щільну та однорідну
мікроструктуру, але це збільшує площу поверхні всередині мікропор та
агрегатів.
Тому вивчення просідання наносного ґрунту дає змогу розробити
ефективні методи боротьби з цим шкідливим явищем. Більшість із них
спрямовані на перетворення нестійкої специфічної структури суглинистого
ґрунту в стійкий, недеформований стан. Контактна сила між ґрунтом і
частинками мінералу зростає, менш сильні перехідні контакти замінюються
більш міцними.
Таким чином, виходячи з описаного вище механізму осідання,
найбільш ефективним рішенням для підвищення міцності контакту між
мінеральними частинками шляхом зменшення активної пористості
з’єднаного ґрунту та збільшення його щільності є заповнення структури
ґрунту ін’єкційним розчином, розробленим KTB, для структурної
стабілізації. нестійкі ґрунти та будівлі.
Пористість і теплоізоляція бетонних блоків, заповнених розчином ОДТВ
Найважливішими структурними особливостями суглинкового ґрунту,
які значною мірою впливають на його міцність, є такі: - пористість (від 40 до
46%) обумовлена наявністю досить тонких вертикальних трубок, вкритих
зсередини відкладеннями солей вуглекислого газу, які пронизують всю
товщу суглинистого ґрунту; - відмінна водопроникність і швидке нагрівання
у воді.
Якщо провести експеримент і занурити половину зразків у воду, що
дозволяє краще спостерігати за процесом проникнення води та його впливом
на їх структуру. У результаті протягом 30 хвилин після початку замочування
проб води відбулася повна деградація структури ґрунту оленя за рахунок
66
дослідження потужних шарів води під час замочування. Слід зазначити, що
наростаючий шар ґрунту має різні фільтраційні характеристики, зокрема
вміст води в ґрунтовому шві перевищує горизонтальну та вертикальну
водопроникність.
Експеримент, який проводився для визначення поведінки зразків
бетонної підлоги, встановлених у воді, і збереження їх структури та
зовнішнього вигляду протягом цього періоду, і тривав 48 годин.
В результаті експерименту визначено водопоглинання грунтобетону,
стабілізованого розчином ОТДВ. Цей показник становив: 16% при
застосуванні композиції з розчином МКД/КП та 18,5% при застосуванні
комбінації. Встановлення виконано розчином МКД/км. 20% при фіксації
рішення та конфігурації з рішенням МКД/КП.
Природна вологість суглинистого ґрунту залежить головним чином від
кліматичних особливостей. У районах з недостатнім зволоженням вологість
не перевищує 10-12%, а в районах з більш вологими кліматичними умовами
може досягати 12-14%.
В алювіальному шарі ґрунту природна вологість існує цілком
закономірно: на поверхні є зона сезонних коливань вологості, а під нею —
зона відносно постійної вологості, то зростаючої, то знижуючої. Природа
гірських порід нижче.
Сезонні зміни вологості суглинистого грунту сильно впливають на
осідання. При м'якому вологому ґрунті відбувається часткове розчинення
твердих кристалізаційних зв'язків, при цьому розвивається аддуктивний
ефект плівкової води і знижується міцність зв'язків колоїдної води. В
результаті під певним тиском грунт стискається, в результаті чого
відбувається осідання.
Просідання — локальна деформація ґрунту, що протікає у
вертикальному напрямку, внаслідок якої різко руйнується структура, що
сприяє частковій або повній втраті опору деградованих ґрунтових масивів, а
при надмірному зволоженні — до тиск на землю. сторони.
67
Це свідчить про те, що несуча здатність суглинистого ґрунту значно
знижується після того, як у процесі обвалення під час просочування під
навантаженням порушується його структурна зв’язність, і ґрунт легко
видавлюється з-під основи фундаменту.
Осідання ґрунту залежить від його складу, структури та напруженого
стану, тому відносне осідання для кожного шару суглинистого ґрунту
визначається тиском, який відчувається на основу споруди. Відомі випадки,
коли після зволоження відносно великої товщі суглинистого ґрунту
поверхню ґрунту обробляли на 2...2,5 м. Це пояснюється нестійкістю великих
пор, які пронизують всю товщу суглинкового ґрунту. втрата контакту.
(зчеплення) між частинками ґрунту під час просочування води. Зазвичай
достатньо тиску 0,5-1 кг/см2, який руйнує стінки пор і викликає сильне
ущільнення ґрунту, що призводить до значного додаткового випадання
опадів.
За сучасними уявленнями просідання великих лесових ґрунтів
відбувається внаслідок недостатнього ущільнення та здатності агрегатів цих
частинок ґрунту згинатися при зволоженні, тобто переходу твердих
колоїдних плівок у рідкий розчин. Водні плівки, що утворюються внаслідок
процесу зчленування, відсувають частинки ґрунту одна від одної, руйнуючи
скупчення частинок і створюючи умови для повторного ущільнення
суглинистого ґрунту. Відомо також, що вплив осмотичного тиску через
різницю концентрацій, а також розчинення макромолекулярних солей також
має важливе значення для руйнування структури макромолекулярних
агрегатів, таких як вода-сіль-вода-сіль. водне кіно.
Таким чином, в результаті проведених досліджень доведено, що
ефективність стабілізації суглинистого ґрунту розчинами КТВ зменшує
пористість і водопроникність, що сприяє збільшенню несучої здатності.
Таким чином закладаються фундаменти будівель і споруд.
68
Висновки до розділу 2
Доведено дослідження властивостей бетонних блоків із ґрунту,
заповненого розчином ОТДВ на основі місцевої сировини.
Наведена ілюстрація технологічних особливостей стабілізації
структурно нестійких ґрунтів ін’єкційним способом. Пропонуються різні
конструктивні
Схеми закріплення ґрунту ін’єкційними для фундаментів будівель з
використанням розчинів ОТДВ в залежності від типу фундаменту: схеми
закріплення переривчастого, стрічкового, суцільного та формованого ґрунту.
Показано, що розміри основи фундаменту (довжина, ширина і висота),
а також фізико-хімічні властивості ґрунту також мають істотний вплив на
вибір параметрів стабілізації ґрунту (радіальна стабілізація r) для
фундаментів. Відстань між форсунками l і кут нахилу форсунки) і
можливість розміщення форсунок Так при ширині фундаменту до 2 м.
Форсунки висуваються вертикально і під кутом більше 2 м або комбіновані.
При порівнянні міцнісних і деформаційних характеристик контрольних
зразків молотого бетону, отриманих в результаті лабораторних випробувань,
з контрольними зразками, відібраними з ґрунту бетонної маси, в них
безперервно закачували розчини ОТДВ до тиску закачування. У реальних
обставинах. Встановлено, що до 0,3 МПа розбіжність отриманих даних не
перевищує 10%.
Продемонстровано структурні властивості залізобетонних блоків,
стабілізованих ін’єкцією розчином ОТДВ – пористість, водостійкість,
водостійкість та інші параметри ґрунтобетону.
Доведено, що найефективнішим рішенням для підвищення щільності
суглинистого ґрунту, зменшення його активної пористості та підвищення
міцності контакту між частинками мінералу є наповнення структури такого
типу ґрунту ін’єкційними в’яжучими речовинами.
69
Експериментальними дослідженнями доведено ефективність
застосування розчинів ОТДВ для зміцнення ін’єкціями суглинкових ґрунтів,
що забезпечує зменшення їх пористості та водопроникності, що сприяє
підвищенню несучої здатності фундаментів будівель та споруд.
70
РОЗДІЛ 3. ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРАВИЛА ЗАКРІПЛЕННЯ БУДІВЕЛЬ І
СКЛАДНИХ ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ СПОРУД
3.1 Рекомендації щодо приготування ін’єкційного розчину на основі
місцевої сировини для закріплення масивів будівель і споруд
На основі попереднього аналізу, а також рекомендацій наукової та
нормативної літератури, розроблено рекомендації щодо часткового та
повного закріплення фундаментів будівель і споруд зі складними інженерно-
геологічними умовами.
Рекомендації щодо приготування препаратів ОТДВ на основі місцевої
сировини для стабілізації ін’єкцій проти просідання ґрунту.
Для усунення просідання ґрунту разом із ОТДВ Мікродур®
рекомендується використовувати ін’єкційні розчини ОТДВ на основі
місцевої сировини.
Для приготування ін’єкційних розчинів з ОТДВ Мікродур® у різних
співвідношеннях компонентів 1 до 4 у в/в. Існують різні марки ОТДВ
Мікродур®, які відрізняються гранульованим складом. Враховуючи
призначення та технологічні параметри організації закачки в пониження
суглинистих ґрунтів, рекомендовано використовувати марку ОТДВ
2
Мікродур® Р-У-Е-Плюс, питома поверхня якої досягає 16 000 см /г, а, як
відомо, вищий показник питомої поверхні, наприклад, діаметр частинок
ОТДВ. Проведено реальні дослідження щодо підбору препаратів ОТДВ для
2
ін’єкційних розчинів марки Мікродур® Р-У-Е-Плюс з СУД = 10600 см /г.
У розчинах ОТДВ рекомендується використовувати місцеві матеріали,
щоб зменшити споживання дорогого імпортного продукту ОТДВ Мікродур®
як наповнювача.
Властивості матеріалів, що використовуються для приготування
ін’єкційних розчинів для ОТДВ, наведені в таблиці 3.1.
71
Таблиця 3.1 – Властивості використовуваних матеріалів
Щільність Питома площа
Час
порошку, поверхні, шліфування,
№ Використовуваний матеріал
ρ, г/см3 SУД, см2/г хв
1 Цементний пил 3,1 -
2 Вапняк 2,62 30
5000 - 12000
3 Пісок 2,6 40
4 Mikrodur® R-U-E-Plus 2,90 -
ДСТУ Б В.2.7-273:2011 для приготування ін’єкційних розчинів ОТДВ
за вимогами до води для бетону та розчинів. Технічні вимоги вимагають
використання питної води з-під крана, а також будь-якої води з рН ≥ 4, тобто
некислої та не фарбує червоний лакмусовий папірець.
Як додаткові компоненти ін’єкційних розчинів для регулювання
властивостей розчинів ОТДВ [55] рекомендовано використовувати такі
пластифікуючі добавки:
– Високоефективна комплексна багатофункціональна добавка Д-5–
Ефективний пластифікатор і прискорювач твердіння на основі
модифікованих суперпластифікаторів і природних мінеральних компонентів,
що забезпечує бетону високу міцність, водостійкість, морозостійкість,
сульфатостійкість та Адгезія і зчеплення бетонів і розчинів.
– Суперпластифікатор С-3– органічний синтетичний матеріал,
отриманий з продукту конденсації нафталінсульфокислоти та формальдегіду,
що забезпечує рухливість бетонних і розчинових сумішей до Р5.
Застосування пластифікуючі добавки Д-5 або С-3 в розчинах ОТДВ в
межах від 1 до 3% маси ОТДВ забезпечує зниження В/В, тим самим
підтримуючи стійкість розчину для ін'єкцій і покращує в'язкість .
72
Розчини ОТДВ для ін'єкційної фіксації ґрунтів просідання лесу
зустрічаються у вигляді водного розчину з скоригованим В/В на основі
наступних компонентів:
- технічна вода;
- складна дрібнодисперсна в'яжуча речовина (ОТДВ ) на основі
Мікродура® і дрібно дисперсна місцева сировина в різних співвідношеннях
від 20 до 50%.
Технологія приготування розчинів ОТДВ повинна здійснюватися в
суворій відповідності до послідовності та вимог:
- ОТДВ виготовляється на основі дрібнодисперсної місцевої сировини
Microdur®;
- Додати пластифікатор в ОТДВ і добре перемішати;
- Повністю заповніть воду;
- Поставка повністю відпалених ОТДВ;
Розчин готують перемішуванням сполуки протягом 3 хвилин при
швидкості обертання колонки не менше 2800 об/хв.
Основними параметрами готових розчинів ОТДВ, від яких залежить їх
здатність проникати в інертний ґрунт, є в'язкість і седиментація.
В’язкість – це відношення швидкості, з якою зразок рідини
проходить через отвір (швидкість зсуву), до величини сили (вага рідини), яка
змушує рідину текти (напруга зсуву). Таким чином, показники в’язкості
визначаються приладом і мірним стаканом, вимірюються в секундах на літр і
вказують кількість секунд, необхідних для того, щоб один літр (0,946 л)
зразка рідини повністю пройшов через воронку з заданим розміром входу. 4,7
мм.
Аналіз осаду розчину проводять наступним чином. Зважте 350 г
мінерального порошку (у цьому випадку OТДВ) і 350 мл води з точністю до
1 г, налийте воду в 1-літрову керамічну склянку, потім всипте мінеральний
порошок у склянку протягом 1 хвилини, постійно помішуючи металевою
ложкою. Отриманий розчин перемішують ще 4 хвилини, потім обережно
73
переливають у градуйований циліндр об'ємом 500 мл за ГОСТ 1770 і
починають відлік. Вода, що закривається, повинна відповідати температурі,
при якій проводиться тест (25±1°C).
Об'єм цементного тіста, що осіло (в мл), спостерігають кожні 15
хвилин протягом 1 години, а в подальшому - кожні 30 хвилин. Тривалість
повного водовідділення характеризується від початку досліду до закінчення
процесу водовідділення. Як правило, відділення води не повинно
перевищувати 10% протягом 60 хвилин.
Розділення води визначається як середнє арифметичне двох
паралельних визначників, і різниця в результатах не повинна перевищувати
1%.
Зменшення в’язкості розчину ОТДВ і підвищення його стабільності
забезпечує підвищену здатність проникати в капілярно-поровий простір
армованого ґрунту, тобто підвищує ефективність стабілізації ґрунту
ін’єкцією. Ці показники залежать від коефіцієнта водозв'язування розчинів
ОТДВ, способу приготування і використовуваних хімічних добавок.
Контроль якості ін'єкційної стабілізації ґрунту.
- Фактичні властивості нерухомого ґрунту узгоджуються з
властивостями ґрунту;
- Якість рішення та його відповідність нормам проектування;
- Узгодження фактичних параметрів відкачування з параметрами
процесу відкачування.
Контроль властивостей ґрунтів і нерухомих ґрунтових масивів.
- Коефіцієнт водопроникності грунту. Для проектованої марки ОТДВ
необхідно розрахувати коефіцієнт проникності. Допустимі відхилення
реального грунту від структури - в межах від 11 до 24;
- Пористість ґрунту. Допустиме відхилення фактичного значення
пористості ґрунту від проектної норми - ± 10%
Контроль якості розчину.
74
- Змішувальний вузол. Швидкість обертання змішувального вузла
повинна бути не менше 2800 об / хв, а потужність двигуна - не менше 1 кВт
на 20 л розчину. Незважаючи на те, що ємність змішувального вузла є
теплоізоляційною, вона повинна бути оснащена перегородками. Загальна
2
площа конуса не повинна бути менше 300 см нижче середини ємності.
- Щільність розчину. Допускається відхилення фактичного значення
3
щільності розчину від розрахункового значення в межах ± 0,01 г / см .
- Індекс в'язкості розчину. Допустима похибка терміну придатності 1
3
дм розчину, отриманого з віскозиметра Марша, становить ± 1 с.
- Швидкість висихання розчину. Стандартне осадження (Δn) розчину за
60 хвилин при температурі розчину 10 °C.
Фактична осідання розчину за 60 хвилин не повинна перевищувати
норматив більш ніж на 5%.
Для нагнітання приготовленого розчину використовують електричний
гвинтовий насос Desoi BMP-5 / SP-Y продуктивністю 0,5-12 л/хв з робочим
тиском до 25 атм.
Контроль параметрів впорскування.
Контроль параметрів закачування здійснюється за даними приладів
безперервного контролю (електронних приладів, реєстраторів) та (або) за
журналом закачування, в якому фіксуються інжектор, місце закачування,
тривалість закачування та його тиск. Ін'єкція, витрата та витрата розчину.
Контролюйте об'єм розчину.
Допускається відхилення фактичного розміру (Vc.). Розчин для ін'єкцій
в одну площу розрахункової основи в межах ± 10 л.
Контроль тиску впорскування.
При контролі тиску впорскування слід звернути увагу на перевищення
максимального тиску і різке падіння тиску до значень, близьких до нуля.
Допускається перевищення фактичного тиску на 0,3 бар понад гранично
допустимого.
75
Допускається різке падіння тиску впорскування до значень, близьких
до нуля, з тривалістю низького тиску не більше 2 хвилин.
Показники міцності та деформації нерухомого ґрунту наведені в
таблиці 3.2.
Таблиця 3.2 – Міцність і деформаційні характеристики ґрунтобетонів,
закріплені розчинами ОТДВ
Міцність на Модуль
№ Співвідношення
Склад ОТДВ в/в стиск RСЖ, деформації
п/п ОТДВ , %
МПа ECS, МПа
1 25,5 9904
20/80 2 21,0 8156
3 17,0 6603
1 23,0 8933
30/70 2 19,0 7380
Mikrodur® : 3 15,5 6020
1 Цементний
пил 1 21,0 8156
40/60 2 17,5 6797
3 14,0 5438
1 19,0 7379
50/50 2 16,0 6214
3 13,0 5049
1 12,0 4661
2 9,5 3690
20/80
3 8,0 3107
1 14,0 5438
Mikrodur® :
Карбонатная мука 2 11,0 4272
30/70
3 9,5 3689
2
1 15,5 6020
40/60
2 12,5 4855
76
3 10,0 3884
1 17,0 6603
2 14,0 5438
50/50
3 11,0 4272
3.2. Обладнання, необхідне для кріплення складних інженерно-
геологічних масивів будівель і споруд
Вибір обладнання для часткової стабілізації складних інженерно-
геологічних масивів односольвентним хімічним методом зазвичай
визначається малою глибиною буріння і діаметром свердловин. Для
засмічення або тиску в форсунках обладнання налаштовується в залежності
від глибини установки форсунки та опору проникненню ґрунту, а також з
урахуванням фізико-механічних властивостей ґрунту та питомої витрати.
Їх використовують для зміцнення ґрунту: - для роботи з форсунками -
арматура та механізми для засмічення або тиску в форсунках, форсунках,
гідродомкрати вантажопідйомністю 5 - 10 т для зняття форсунок і насосів; -
Для приготування розчинів необхідно встановити розчинозмішувачі з
мішалками і ємностями для зберігання реактивів; Рекомендовані параметри
3
змішувального обладнання: продуктивність 5 м /год, продуктивність - 50-750
3
л; - Тиск закачування до 0,5 МПа і витрата до 10 м /год забезпечуються за
допомогою мембранних, поршневих або заглибних насосів для закачування
розчину в ґрунт. При цьому необхідно регулювати тиск впорскування, щоб
розчин, що твердне, не проникав на поверхню.
Тиск нагнітання має перевищувати нормальний тиск через вагу ґрунту.
При цьому час введення не повинен перевищувати час кристалізації розчину.
Необхідно також допоміжне обладнання: шланги, фітинги, трубки, крани,
хомути, ніпелі, хомути, а також закриті ємності для зберігання реактивів і
контрольно-вимірювальної апаратури (витратоміри, манометри, термометри,
ареометри).
77
Шланги та з'єднання повинні бути розраховані на тиск до 3,0 МПа.
Рекомендується використовувати насоси з такими характеристиками:
продуктивність 0 - 15 л/хв, тиск - 0 - 5 МПа; – Для буріння нагнітальних
свердловин перевага віддається роторним або ударно-ротаційним
установкам, які найменше впливатимуть на існуючі будівельні та
конструктивні конструкції.
Бурове обладнання повинно забезпечувати необхідні в заданих
інженерно-геологічних умовах глибину, напрямок і діаметр свердловин, а
також чистоту і цілісність стінок свердловин. Рекомендовані такі
характеристики бурового обладнання: глибина буріння - до 50 м, діаметр
буріння - 46 - 151 мм, частота обертання - 0 - 150 об / хв.
Перелік рекомендованого обладнання наведено в таблиці 3.3.
Рекомендується занурення ін'ектора в ґрунт у пробурену ін'екторну
свердловину. Хоча також може бути розглянутий варіант забиття ін'єктора
або його задавлювання.
Таблиця 3.3. Рекомендоване обладнання при виробництві робіт з
часткового закріплення просадної основи
Найменування Марки Характеристика
Бетонолом С-358 Робочий тиск повітря, МПа
Перфоратор ПР-24 Глибина буріння, м
Перфорований діаметр частини мм
Робочий тиск при запорах
свердловини, МПа
Верстат для Діаметр свердловини, мм
Бурові установки
свердління
свердловин
КБУ-50 Глибина буріння, м
Продуктивність, м3/хв.
Компресор ПКС-3,5
Робочий тиск, МПа
Плунжерний насос з
НБ-3, НБ-4 Продуктивність, л/хв.
регульованим клапаном
78
Рекомендується занурювати інєктор в грунт в заздалегідь викопану
яму. Однак також можна розглянути варіант закупорки або розчавлення
інєктора.
Для зберігання реактивів і приготування фіксуючого розчину
3
використовуються ємності об'ємом: - 10 - 20 м - для зберігання силікатів і
3
водного розчину сульфату амонію; - 2 - 5 м - для приготування розчину; - 1 -
3 3
2 м - для промивки форсунок; - 0,1 - 0,5 м - для чистої води.
3.3. Технологічні схеми забезпечення розчинів при будівництві та
експлуатації будівель і споруд
Для забезпечення якісного проектування робіт при влаштуванні
фундаментів будівель і споруд проектна документація повинна розроблятися
з урахуванням специфіки робіт на майданчиках зі слабким ґрунтом
відповідно до діючих стандартів і правил
Перед початком проектування необхідно:
- Інженерно-геологічні дослідження ділянки з визначенням таких
характеристик, як щільність, гранулометричний склад, пористість, коефіцієнт
фільтрації, ступінь подрібнення, водопроникність, гідростатичний тиск і
хімічний склад підземних вод;
– Лабораторні дослідження агрегації ґрунтів та експериментальної
консолідації в природних умовах; Це дозволяє визначити об’єм і радіус тиску
розчину, фізико-механічні властивості ущільненого ґрунту, технологічні
параметри закачування.
В рамках конструктивно-технологічної частини розробляється проект
ремонту фундаменту. Відповідно до задачі, що вирішується, вибирається той
чи інший тип компактного пристрою для закріплення ґрунту, призначається
конструктивна схема установки, розраховуються розташування і розміри
створюваних нерухомих блоків і складаються відповідні технічні вимоги до
закріплених. ґрунту визначаються.
79
Проектом часткової амальгамації осадової основи передбачено:
- питома витрата розчину, тиск впорскування, порядок приготування
ін'єкційного розчину;
- вибір і перевірка технологічних схем часткової стабілізації основи
обвалення, інженерно-геологічних планів і розрізів з нанесеним контуром і
зазначенням розрахункових розмірів закріпленої основи;
- Дані про кількість матеріалів і механізмів, використаних при
монтажі основи;
- Заходи контролю за якістю робіт, технікою безпеки та охорони
навколишнього середовища.
Технологічна схема часткового влаштування фундаменту включає: -
розташування монтажних ділянок на схемі та кількість і кількість колодязів
на майданчику.
планове з'єднання з конструктивними елементами будівлі; - дані про
часткове анкерування основи по глибині із зазначенням глибин свердловин,
їх ухилів, діаметрів, допустимих відхилень, радіусів анкерування.
З кількох експериментальних досліджень визначено основні
технологічні параметри підтвердження закачування: радіус розповсюдження
розчину, відстань між свердловинами, довжину нагнітальної труби, кількість
розчину, що закачується, тиск закачування.
Фільтраційний коефіцієнт осідання ґрунту повинен бути не більше 5
м/добу, а краще в межах 0,2...2 м/добу.
3
Розчин закачується знизу вгору в середньому (155-530) 350 л/м ґрунту,
який закріплюється під тиском 0,3 - 0,5 МПа в умовах його природного
залягання і без руйнування його структури
При розрахунку загальної вартості розчину враховується 10% втрат
реагентів при їх транспортуванні та роботі.
При цьому зона кріплення плану повинна перевищувати розміри
фундаменту на мінімальну величину, яка для стовпчастих і стрічкових
фундаментів становить 5-35% ширини фундаменту і визначається в
80
залежності від тиску. накладається на основу фундаменту. і початковий тиск
грунту на грунт.
Перед початком робіт з ущільнення ґрунту проводять ряд підготовчих
заходів: транспортування матеріалів, монтаж, підключення та випробування
обладнання, приготування ін’єкційного розчину, розкладання сітки
свердловини з послідовністю закачування, глибиною та витратою розчину,
буріння отворів в асфальтобетонному покритті, пробне закачування в
свердловини з поясненням режиму роботи. і випробовує нерухому поверхню
на міцність. При цьому схеми розміщення обладнання уточнюються залежно
від конкретних умов будівництва, наявності гірничого обладнання,
конструктивних параметрів укріплення ґрунтів обладнання, експлуатаційно-
технічних умов.
Нижче наведено основні варіанти технологічних схем виконання
часткового зміцнення осідання (рис. 3.2 – 3.4).
Рисунок 3.2 – Схема 1. Часткове підсилення стрічкового фундаменту:
а) підсилення двома свердловинами; б) посилення трьома свердловинами
Схема армування передбачає часткове кріплення основи по довжині
стрічкового фундаменту в найбільш навантажених частинах згідно з
розрахунково-будівельною схемою. Це однолінійна діаграма. Застосовується
81
для зміцнення стрічкових фундаментів безкаркасних будівель і споруд,
фундаментів трубопроводів у землі.
Рисунок 3.3 – Схема 2. Часткове підсилення ґрунту у плані для
стрічкового фундаменту
Схема армування передбачає часткове кріплення основи до стрічкових
фундаментів по всій будівлі. Це багаторядна шахова схема. Застосовується
для посилення основ стрічкових фундаментів безкаркасних будівель і споруд.
Рисунок 3.4 – Схема 3. Часткове зміцнення ґрунту в плані для
колонних фундаментів: а, б - фіксація колонних фундаментів при
рівномірному завантаженні при різних розмірах підошви фундаменту; в -
82
фіксація колонних фундаментів з нерівномірним навантаженням в
приміщеннях максимального тиску на підошву фундаменту
Схема армування передбачає часткове закріплення основи вздовж
основи стовпчастого фундаменту як в плані, так і по висоті. Застосовується
для зміцнення фундаментів колон каркасних будівель і споруд, фундаментів
технологічного обладнання, фундаментів окремих інженерних споруд.
При виконанні робіт за спостережуваними схемами необхідно
дотримуватись технологічного порядку виконання робіт та контролю якості.
Закачування розчину в кожну зону (свердловину) необхідно проводити до
«збою», а саме:
- поглинання свердловиною розрахункового об'єму розчину при тиску,
що не перевищує розрахункового;
- зниження витрати розчину до 0,5 - 1,0 л/хв. з одночасним
збільшенням тиску на конструкцію;
- ін'єкція не дозволяє виробити проектний об'єм розчину в одній зоні
протягом терміну придатності розчину.
Якщо досягається «збій», ін’єкція припиняється, а об’єм розчину, що
залишився, додається до об’єму ін’єкції наступної зони або сусіднього
ін’єктора.
Проект також відповідає за заходи з контролю якості робіт із
закріплення ґрунту, які включають три основні етапи.:
- Дотримання ДСТУ і ТУ партій вхідних реагентів при приготуванні
розчину, перевірка встановлених термінів і правил його зберігання.
- Властивості суспензії та їх відповідність розрахунковим параметрам
(в'язкість, однорідність, щільність, температура).
- Контроль правильності виконання нагнітальних робіт: перевірка
точності перегородки і глибини закачування, дотримання технологічних
правил, встановлених проектом і визначених за результатами закачування
пробних свердловин.
83
Контроль якості робіт
При закріпленні ґрунтових просадочних масивів хімічними розчинами
необхідно постійно перевіряти якість хімічних матеріалів, що входять до
системи кріплення розчину, і якість нерухомого ґрунту.
Контроль якості хімічних розчинів і гелеутворювальних сумішей
здійснюється шляхом фіксації зразків ґрунту в лабораторних умовах і
подальших випробувань на міцність і водостійкість стаціонарних зразків. Для
достовірності результатів випробувань необхідно відбирати проби хімічних
компонентів кріпильних розчинів безпосередньо з ємностей, розташованих
на будівельному майданчику.
Контроль якості ґрунту нерухомості здійснюється шляхом визначення
його міцності та водостійкості за допомогою таких заходів:
буріння контрольних свердловин діаметром не менше 84 мм з відбором
керна;
розкриття шурфів у твердому грунті з відбором монолітів;
закачування води в грунт через контрольні спринклери або колодязі;
моніторинг змін режиму підземних вод;
спостереження за осіданнями фундаментів геодезичними
інструментами.
Відкриття оглядових свердловин і буріння оглядових свердловин слід
починати не пізніше ніж через 7 днів після завершення нагнітальних робіт.
Заходи щодо контролю якості кріпильного розчину та якості ґрунту
майна повинні бути включені в проект.
Заходи безпеки під час роботи
При виконанні робіт необхідно дотримуватись правил техніки безпеки
при виконанні будівельних та інженерно-геологічних робіт, при роботі на
напірних установках, гідро- та електроустановках.
84
Роботи з підтвердження повинні проводитися строго за проектом
спеціально навченою бригадою, а також при виконанні всіх необхідних
підготовчих етапів. Усі службовці та робітники, зайняті на ін’єкційних
роботах, повинні пройти вступний інструктаж з техніки безпеки від
керівника дільниці або виконавця робіт.
Будівельний майданчик повинен бути відповідним чином обладнаний,
а саме: робочі місця огороджені, розчинно-ін’єкційні вузли захищені від
вітру та атмосферних опадів, виїзд обладнаний коломийкою та організованим
водовідведенням, організовано вивезення будівельних і виробничих відходів,
освітлення. в темно. Хімічні реактиви необхідно зберігати в спеціально
відведених місцях під навісами.
У зв'язку з особливою липкістю і в'язкістю розчину слід звернути увагу
на чистоту робочого місця. При поверхневих розливах необхідно очистити
територію і засипати шаром ґрунту товщиною 5-10 см. Відходи витягують із
контейнера для утилізації.Робоче місце повинно бути сухим і чистим, без
сторонніх предметів.
Перед початком робіт із закачуванням розчинів все обладнання
повинно бути випробувано тиском, що перевищує в 1,5 рази максимальний
робочий тиск.
При введенні розчину інжектором необхідно дотримуватися
наступного:
- належне кріплення для забезпечення підтримки необхідного тиску
нагнітання;
- встановлення пробкового (кульового) крана на форсунці, а також
встановлення запобіжного клапана на розвантаженому трубопроводі на
розрахунковий тиск;
- надійна фіксація кінців шлангів, що виключає можливість їх поломки;
- від'єднувати шланги від обприскувача дозволяється тільки після
зняття тиску в системі.
При виконанні ін'єкційних робіт забороняється:
85
- бурити свердловини несправним буровим обладнанням, проводити
будь-який ремонт або технічне обслуговування під час роботи бурового
обладнання;
- виконати демонтаж та ремонт системи нагнітання тиску;
- встановити тиск впорскування вище максимально допустимого тиску
використовуваного пристрою;
- користуватися роздутим шлангом і несправними манометрами;
допускати згинання шлангів під тиском;
- реалізувати швидке перекриття рішень комунікаційного крана;
змішувачі повинні плавно закриватися, вони повинні бути оснащені
ліхтарями «відкрито - закрито».
У закритих приміщеннях перед початком робіт із закріплення основи
необхідно перевірити склад повітря, стан вентиляційного обладнання та
освітлення робочих місць. Роботи в закритих приміщеннях слід проводити з
примусовою вентиляцією та контролем вмісту вуглекислого газу в повітрі
відповідно до загальних вимог гірничої справи (СО2< 0,5%).
У зв'язку з особливостями фіксуючого складу активної кремнієвої
кислоти на основі сульфату амонію при виділенні аміаку необхідно деякий
час контролювати його ГДК (IV клас небезпеки): у робочій зоні ГДК не
3
повинна перевищувати 20 мг/м ; в атмосферному повітрі населених пунктів:
3 3
індивідуальна - 0,2 мг/м , середньодобова - 0,04 мг/м .
При приготуванні та роботі з розчинами (IV клас небезпеки) у зв'язку з
високою гігроскопічністю матеріалу необхідно використовувати засоби
індивідуального захисту та уникати потрапляння на слизові оболонки,
дихальні шляхи та шкіру.
Робітники та працівники, зайняті на роботах з хімзакріплення, повинні
бути у спеціальному одязі та укомплектовані засобами індивідуального
захисту: водонепроникним спецодягом і спецвзуттям (костюм тканинний,
гумове взуття, рукавиці, шоломи, запобіжні пояси, захисні окуляри,
86
респіратори, рукавиці). Використовувані респіратори повинні відповідати
стандарту.
У зв'язку з наявністю мокрих процесів особливу увагу необхідно
приділяти заходам безпеки при роботі з електрообладнанням.
Електродвигуни, пускачі, вимикачі повинні бути захищені від проникнення
розчину. Вимикачі та електричні механізми повинні бути заземлені. Монтаж
і ремонт електроустановок та електромереж повинна проводити
відповідальна особа, яка має доступ та засоби індивідуального захисту.
Бурові та ін'єкційні роботи необхідно проводити в безпосередній
близькості від існуючих підземних і наземних мереж і комунікацій з
урахуванням додаткових вимог безпеки.
В інших аспектах безпеки виробництва робіт слід керуватися
нормативною літературою.
Результати забезпечення комплексу інженерно-геологічних масивів
будівель і споруд
Схематичне та натурне зображення основних елементів
електрообладнання показано на рисунках 3.5-3.6.
Із складів, розроблених ОТДВ (див. табл. 3.4), для кріплення
фундаментів використовувався розчин з цементно-пиловим наповнювачем,
склад якого наведено в табл.3.4.
Таблиця 3.4 – Рецептура ін'єкційного складу ОТДВ
Співвідношення компонентів ОТДВ , %
Назва розчину для ін'єкцій
Mikrodur® Цементий пил Добавка Д-5
ОТДВ на основі цементного пилу 50 47 3
87
Для покращення реологічних властивостей розчинів ОТДВ та зниження
в/в використовували високоефективну комплексну багатофункціональну
добавку Д-5 за ТУ 5743-008-44628610-2011.
Д-5 – ефективний пластифікатор і прискорювач твердіння на основі
модифікованих суперпластифікаторів і мінеральних природних компонентів,
забезпечує високу міцність, водостійкість, морозостійкість,
сульфатостійкість, адгезію бетону і розчинів.
Рисунок 3.5 – Схематичне представлення елементів фундаменту для
електрообладнання, основа ґрунтів яких ін'єкційно закріплюється розчинами
ОТДВ
Стабільність використаного розчину ОТДВ підтверджується індексом
водовідділення, який через 150 хвилин не перевищував 5%. Розпилювачі,
призначені для закріплення ґрунту під фундаменти, розміщували з
урахуванням радіуса закріплення ґрунтового масиву ін’єкційними
розчинами, який становить ≤ 40 см.
88
Загальна площа ґрунту об’єкту з розчинами ОТДВ склала приблизно
2
493 м , при цьому об’єм бетонної маси ґрунту майданчика – приблизно 1280
3
м .
Таким чином, вартість розчину ОТДВ для закріплення маси бетону
3 3
даного об’єму склала 110 м при середній вартості свердловини. - 0,4 м .
Рисунок 3.6 – Схема розташування інжекторів при фіксації ґрунту
(ФМ-3, ФМ-5)
Висновки до розділу 3
Рекомендації містять вказівки щодо приготування розчину; враховано
обладнання, що використовується при виробництві робіт, та його основні
характеристики; враховано основні критерії технологічного процесу та
89
технологічні схеми армування фундаменту для різних умов розрахунку;
узагальнено основні вимоги безпеки до виробництва робіт.
Доведено властивості бетонних масивів, залитих розчинами ОДТВ на
основі місцевої сировини.
Показано технологічні особливості переробки структурно
нестабільних ґрунтів ін’єкційним способом. Залежно від типу фундаменту
рішення ОТДВ передбачають різні конструктивні схеми закладення
фундаменту будівлі в грунт: ламаний, стрічковий, повний і форми схеми
кріплення грунту.
Визначено, що при виборі параметрів ґрунту основи суттєво впливають
фізико-хімічні властивості ґрунту, а також розміри основи фундаменту
(довжина, ширина та висота). радіус кріплення r, відстань між форсунками,
кут нахилу форсунки) і можливість розміщення форсунки. Тому при ширині
фундаменту до 2 м зрошувачі направляють вертикально, а вище 2 м під
кутом або одночасно.
Доведено міцнісні та деформаційні властивості ґрунтобетонних
масивів, закріплених ін’єкційним методом розчинами ОДТВ. При порівнянні
показників міцності та деформації контрольних зразків ґрунтобетону,
отриманих у результаті лабораторних випробувань, з показниками міцності
та деформації контрольних зразків, відібраних із ґрунту бетонної маси,
зафіксованої в реальних умовах з розчинами при тиску впорскування до 0,3
МПа. Визначено, що розбіжність отриманих даних не перевищує 10%.
Доведено, що найбільш ефективним рішенням для збільшення
щільності лесового ґрунту, зменшення його активної пористості та
збільшення сили контакту між частинками мінералу є заповнення структури
даного типу ґрунту ін’єкційними в’яжучими.
Доведено, що бетонні зразки ґрунту, введені розчинами ОДТВ,
характеризуються підвищеною водостійкістю та водостійкістю порівняно з
контрольними зразками суглинистого ґрунту. справа в тому, що при
90
намоканні товсті шари води впливають на хребет цієї конструкції. У зразках
цементобетону слідів пошкодження водою не виявлено.
На основі аналізу літературних даних визначено ефективність
використання розчинів ОТДВ під час ін’єкційної стабілізації лесових ґрунтів,
що забезпечує зниження пористості та водопроникності, сприяючи
збільшенню несучої здатності фундаментів.
91
РОЗДІЛ 4. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ МЕТОДІВ
ЗАКРІПЛЕННЯ ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ МАСИВІВ ПРИ
ПРОЕКТУВАННІ ОСНОВ ФУНДАМЕНТІВ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД
4.1 Техніко-економічні показники способів закріплення складних
техніко-геологічних масивів ОТДВ місцевою сировиною
Економічна ефективність використання ін’єкційних композицій ОТДВ,
розроблених у рамках даної роботи, визначалась різницею витрат на
порівнювану одиницю виконаної роботи (табл. 4.1). Для розрахунку
економічної ефективності результатів дослідження використовувався
комплекс оцінки АВК-7 згідно з чинними нормативними документами
НТУУ, НАН України.
Розрахунок річного економічного ефекту від використання основ
електрообладнання підстанції при закріпленні ін’єкційних сумішей ОТДВ
(рис. 4.1) з комплексним використанням наповнювачів різного складу
проводиться за формулою:
E = (Z1 – Z2) · B2, (4.1)
3
де Z1 та Z2 – вартість одиниці продукції (1 м ін’єкційного розчину),
виготовленої відповідно за базовою та запропонованою технологіями, у
гривнях;
B2 – річна пропускна здатність за запропонованою технологією у
звітному році.
Економічний ефект від використання запропонованих рішень ОТДВ
3
для закріплення фундаментів ін’єкційним методом склав 2430 грн/м на
ґрунтобетон.
Економічний ефект від впровадження ін’єкційних компонентів ОТДВ
на основі ультрадисперсних наповнювачів різного походження значно
більший, ніж використання традиційної пальової технології та звичайного
ін’єкційного складу Мікродур®.
92
Таблиця 4.1 – Економічна ефективність використання ін'єкційних
розчинів ОТДВ
Масив з
Масив з
використанням
Характеристики Палі використанням
запропонованих
Mikrodur®
розчинів ОТДВ
Кількість паль 500 - -
Загальна довжина, пм 5500 - -
Діаметр, мм 200 - -
Обсяг ґрунтобетонних
3 - 1280 1280
масивів, м
Вартість 1 пм палі, грн. 2100 -
3
Вартість 1 м
ґрунтобетонного - 8100 5670
масиву, грн.
Загальна вартість паль,
грн. 11 550 000 - -
Загальна вартість
ґрунтобетонних масивів,
грн. - 10 368 000 7 257 600
Загальна вартість
11 550 000 10 368 000 7 257 600
варіантів, грн.
(перевитрата
Економія, % 0 30
на 53 %)
Тривалість роботи, міс. 3 1 1
Базові дані (таблиця 4.1) для розрахунку економічної ефективності
використання розчинів для ін'єкцій ОТДВ для зміцнення просідання ґрунтів
на будівельному майданчику розраховується за фактичними даними
93
матеріального споживання і витрат на оплату праці при їх виробництві на
підприємстві.
4.2 Економічне обґрунтування ефективності способів закріплення
складних інженерно-геологічних масивів ОТДВ з використанням
місцевої сировини
Oсновними техніко-економічними показниками є :
тривалість робіт, год;
собівартість робіт, грн;
рівень механізації робіт, %;
трудомісткість робіт, люд-год.
Таблиця 4.2 – Вихідні дані для розрахунку
Значення показника
№ п/п Показник Од. вим.
по базовому по запропонованій
варіанту технології
Середньорічний
обсяг робіт з
закріпленню 3
1 м 6400 6400
структурно
нестабільних
ґрунтів
Середня вартість
приготування 3
2 грн./м 8100 5670
ін'єкційного
розчину ОТДВ
3
При визначенні вартості 1 м бетонного композиту за існуючими і
запропонованими технологіями береться вартість компонентів бетонної
суміші за таблицями 4.2 та 4.3.
94
3
Таблиця 4.2 – Розрахунок вартості отримання 1м ґрунтового бетону,
закріпленого ін'єкційними розчинами
3
Собівартість 1 м ґрунтобетону, грн.
№ п/п Назва витрат
Пропонуємий
Базовий варіант
варіант
1 Сировина та основні матеріали 5175,9 3623,1
2 Енергія всіх видів 664,2 464,9
Основна та додаткова заробітна
3 737,1 515,9
плата
Витрати на технічне обслуговування та
4 експлуатацію обладнання 127,8 % від 939,6 657,7
зарплати
5 Цехові витрати (25 % від зарплати) 186,3 130,4
Відрахування на соц. страх (34,5 % від
6 251,1 175,8
зарплати)
7 Загальні витрати цеху 7953,2 5566,8
8 Загальні витрати (20 % від зп) 147,4 103,2
9 Повна собівартість 8100 5670
3
На рисунку 4.2. показано співвідношення вартості отримання 1м
ґрунтового бетону, закріпленого ін'єкційними розчинами варіантів.
3
Рисунок 4.2 – Співвідношення вартості отримання 1м ґрунтового бетону,
закріпленого ін'єкційними розчина. Були використані ін'єкційні розчини
ОТДВ на основі цементного пилу наступної рецептури (табл. 4.3).
95
Таблиця 4.3 – Рецептура і вартість компонентів розробленого
ін'єкційного складу ОТДВ на основі цементного пилу
Компоненти розчину для ін'єкцій ОТДВ
№ п/п Найменування показника
Цементний пил
Mikrodur®
(ЦП)
Співвідношення компонентів
1 50,00 47,00
ОТДВ , %
2 Компоненти ОТДВ , кг 0,50 0,47
Вартість складових ОТДВ ,
3 228,00 4,00
грн/кг
Рисунок 4.3 – Співвідношення вартості рецептур і вартість компонентів
розробленого ін'єкційного складу ОТДВ при закріпленні геомасивів грунту
Вартість ін'єкційного складу ОТДВ на основі цементного пилу
визначається за формулою:
СОТДВ = СMik Mikrodur® + СЦП ЦП + СД Д, (4.2)
де СMik, СЦП и СД – вартість 1 кг Mikrodur®, цементного пилу та
добавки «Д-5», відповідно, грн.;
96
Mikrodur®, ЦП и Д – кількість мікродура, цементного пилу та добавок
«Д-5» в складі ОТДВ, відповідно, кг.
Вартість цементного пилу СЦП включає витрати на отримання
(уловлювання на цементному заводі) і транспортування її на завод (грн/кг).
Тоді вартість 1 кг ОТДВ складатиме,:
СМКВ = 228·0,5 + 4·0,47 + 120·0,03 = 114 + 1,88 + 3,6 = 119,48 грн/кг.
Таким чином, згідно з таблицями 4.1 - 4.3, економічний ефект від
використання составів ОТДВ для закріплення структурно нестабільних
ґрунтів замість традиційно використовуваних составів на основі Мікродура®
буде складати :
3
∆ = 8100 – 5670 = 2430 грн./м (4.3)
Розрахунок річного економічного ефекту:
Э = (З1 – З2)·В2 = (8100 – 5670)·6400 = 15 552 000 грн.
З огляду на те, що зростання цін на імпортну продукцію зростає з
кожним роком, що робить питання імпортозаміщення все більш
актуальним, ін'єкційні рецептури рішень ОДТВ тільки збільшать їх
конкурентні потужності.
Висновки до розділу 4
1. Виробниче впровадження результатів дослідження здійснено на
основі розрахунків виконаних на ТОВ «Добробут». Загальна площа об’єкта з
2
рішеннями КТВ становила приблизно 493 м , а об’єм бетону – приблизно
3
1280 м . А вартість розчину ОТДВ для закріплення грунтобетонної маси
3 3
даного об’єму становить 110 м , середня витрата на свердловину – 0,4 м .
Економічна доцільність ін’єкційних розчинів ОТДВ на основі
ультрадисперсних наповнювачів різного походження замість імпортних
композицій Мікродура® як для кріплення фундаментів нових будівель, так і
для посилення існуючих будівель і споруд.
97
2. Встановлено, що економічний ефект від впровадження результатів
3
дослідження 2430 грн./1 м бетону досягається за рахунок зменшення його
витрати шляхом заміни імпортного компонента ін’єкційного розчину.
Використовуючи активний наповнювач вторинного походження та хімічні
модифікатори, Microdur® містить такі дисперсні матеріали: цементний
порошок, карбонатне борошно, отримане шляхом подрібнення вапняку та
мікрокремнезему. Однак слід зазначити, що всі ці матеріали можна
використовувати для ОТДВ при правильному підборі складу розчину.
3. Якщо розмір питомої поверхні наповнювача не відповідає
необхідним параметрам, його додатково подрібнюють у вальцьових і
кульових млинах протягом необхідного часу до отримання необхідного
розміру.
98
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Сучасний стан науково-проектної та технологічної бази будівництва
надає широкі можливості для різноманітних перетворень складних
інженерно-геологічних умов; Допомагає збільшити несучу здатність
фундаментів, зменшити їх деформації, а в деяких випадках також покращити
водопроникність. Завдяки таким заходам можна відмовитися від
застосування складних і дорогих робіт з посилення основ і фундаментів
будівель і споруд. Іноді такі способи прийнятні лише в умовах соціального та
обмеженого розвитку при реконструкції будівель і споруд.
2. На відміну від способів ущільнення, ущільнення ґрунтів ін’єкційним
способом не впливає істотно на їх структуру. Під час ін’єкційної фіксації
додані сполуки утворюють міцні структурні зв’язки в ґрунтовій масі,
особливо за рахунок зниження вологості зовнішнього середовища. Крім того,
методи ін’єкційного ущільнення фундаменту мають найбільший діапазон
нерухомого ґрунту з KB 0,1-80 м/добу порівняно з традиційними методами,
що дозволяє отримувати ґрунтові геомаси з високими характеристиками
міцності, здатні стабілізувати деформації ґрунту. будівля. фундаменти та
будівлі та видалення відкладень.
3. Локально вивчити характеристики земляних бетонних масивів,
заповнених розчинами ОТДВ на основі місцевої сировини.
4. Показано обґрунтування технологічних властивостей закріплення
структурно нестійких ґрунтів ін’єкційним методом. Залежно від типу основи
представлені різні конструктивні схеми ін’єкційного кріплення ґрунтів
фундаментів будівель з рішеннями ОТДВ: розривні, стрічкові, суцільні та
фасонні схеми кріплення ґрунтів.
5. Доведено, що вибір параметрів кріплення фундаменту істотно
впливає на розміри основи фундаменту (довжину, ширину та висоту), а
також на фізико-хімічні властивості ґрунту. ґрунту (радіус монтажу r,
відстань між форсунками l, кут нахилу форсунки) і можливість розміщення
99
форсунок.Так, форсунки при ширині фундаменту до 2 м спрямовуються
вертикально і під кутом більше 2 м або комбіновані.
6. Після порівняння міцнісних і деформаційних характеристик
контрольних зразків молотого бетону, отриманих в результаті лабораторних
випробувань, з контрольними зразками, відібраними з ґрунту бетонної маси,
в них закачують розчини ОТДВ в реальних умовах до тиску закачування. .
0,3 МПа, встановлено, що розбіжність отриманих даних не перевищує 10%.
7. Перевірено структурні властивості залізобетонних масивів,
закріплених ін’єкційним методом розчинів ОТДВ – пористість ґрунтового
бетону, водостійкість, водостійкість та інші показники.
8. Обґрунтовано, що найбільш ефективним рішенням для підвищення
щільності лесового ґрунту, зменшення його активної пористості та
підвищення міцності контактів мінеральних частинок є заповнення структури
такого ґрунту ін’єкційними в’яжучими ОТДВ.
9. Обґрунтовано експериментальні дослідження ефективності
використання розчинів ОТДВ для ін’єкційного закріплення лесових ґрунтів,
що забезпечує зниження їх пористості та водопроникності, що сприяє
збільшенню несучої здатності фундаментів будівель та споруд.
10. Рекомендації містять вказівки щодо приготування розчину;
враховано обладнання, що використовується при виробництві робіт, його
основні характеристики; розглянуто основні критерії технологічного процесу
та технологічні схеми зміцнення основи для різних проектних умов;
викладено основні вимоги безпеки до виробництва робіт.
11. Обґрунтовано властивості ґрунтобетонних масивів, залитих
розчинами КТВ на основі місцевої сировини.
12. Показано технологічні особливості ін’єкційного закріплення
структурно нестійких ґрунтів. Наведено різні конструктивні схеми
закріплення ґрунтів фундаментів будівель розчинами ОТДВ в залежності від
типу фундаменту: розривні, стрічкові, суцільні та формовані схеми кріплення
ґрунтів.
100
13. Встановлено, що на розміри підошви фундаменту (довжину,
ширину та висоту), крім фізико-хімічних властивостей ґрунту, важливий
вплив має вибір параметрів кріплення ґрунту фундаменту. радіус фіксації r,
відстань між форсунками, кут нахилу форсунки) і можливість розміщення
форсунок. Так, при ширині фундаменту до 2 м розпилювачі направляють
вертикально, а понад 2 м - під кутом або сумісно.
14. Обґрунтовано міцнісні та деформаційні характеристики
ґрунтобетонних масивів, закріплених закачуванням розчинами КТВ. При
порівнянні міцнісних і деформаційних характеристик контрольних зразків
ґрунтобетону, отриманих у результаті лабораторних досліджень, і
контрольних зразків, відібраних із ґрунту бетонної маси, які закріплені в
реальних умовах розчинами КТВ при тиску нагнітання до 0,3 МПа,
встановлено щоб розбіжність отриманих даних не перевищувала 10%.
15. Доведено, що найбільш ефективним рішенням для збільшення
щільності лесового ґрунту, зменшення його активної пористості та
підвищення міцності контактів між мінеральними частинками є заповнення
структури такого ґрунту ін’єкційними в’яжучими ОТДВ.
16. Обґрунтовано, що конкретні зразки ґрунтів, ін’єктованих розчинами
КТВ, характеризуються вищою водостійкістю та водостійкістю порівняно з
контрольними зразками лесових ґрунтів. справа в тому, що при замочуванні
товсті плівки води діють на нього як клин
У бетонних зразках ґрунту не спостерігалося жодних ознак псування
водою.
17. З аналізу літературних даних обґрунтовано ефективність
використання розчинів ОТДВ для ін’єкційного закріплення лесових ґрунтів,
що забезпечує зниження їх пористості та водопроникності, що сприяє
збільшенню несучої здатності ґрунтів основи будівель. та структур.
18. Встановлено, що економічний ефект від впровадження результатів
3
робіт, який становить 2430 грн на 1 м стаціонарного ґрунтобетону,
досягається за рахунок зниження вартості імпортного компонента
101
ін’єкційного розчину шляхом його заміни. використанням активованого
наповнювача вторинного походження та хімічних модифікаторів у
Мікродур® є такі матеріали за дисперсністю: цементний пил, карбонатне
борошно, отримане шляхом помелу вапняку та мікрокремнезем. Однак слід
зазначити, що всі ці матеріали можна використовувати для ОТДВ при
правильному виборі складу розчину.
102
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. ДСТУ Б В.2.1-3-96. (ГОСТ 30416-96). Грунти. Лабораторні
випробовування.
2. Hamidi, B., Yee, K., Varaksin, S., Nikraz, H., Wong, L. T. Ground
Improvement in Deep Waters Using Dynamic Replacement. 20th International
Offshore and Polar Engineering Conference, Beijing, 2010, 20-26 June 2010, 848-
853.
3. Chu, J., Varaksin, S., Klotz, U., Menge, P. State of Art Report: Construction
Processes. 17 International Conference on Soil Mechanics and Geotechical
Engineering : TC17 meeting ground improvements, Alexandria, Egypt, 2009, 7
October, 130.
4. Hamidi, B., Varaksin, S., Nikraz, H. Predicting Soil Parameters by Modeling
Dynamic Compaction Induced Subsidence. 6th Australasian Сongress on Applied
Mechanics (ACAM6), Perth, Australia, 2010, 12-15 December, Paper 1150.
5. Hamidi, B., Varaksin, S., Nikras, H. Predicting Menard Modulus using
Dynamic Compaction Induced Subsidence. International Conference on Advances
in Geotechnical Engineering (ICAGE), Perth, 2011, 7-11 November 2011, 221-
226.
6. Varaksin, S., Hamidi, B. Pressuremeter for Design and Acceptance of
Challendinng Ground Improvement Works. 18th International Conference on Soil
Mechanics and Geotechnical Works (18th ICSMGE), Parallel session: ISP6 –
Pressio 2013, Paris, 2 - 6 Septemeber.
7. Massarsch, K. R. Deformation properties of fine-grained soils from seismic
tests. Keynote lecture / Massarsch, K. R. // International Conference on Site
Characterization, ISC’2, 19 – 22 Sept. 2004, Porto, 14 p.
8. Техніка і технологія переробки гірських порід: навч. посіб.
[Електронний ресурс]: навч. посіб. для студ. спеціальності 184 «Гірництво»/В.
Г. Кравець, О. М. Терентьєв В. С. Білецький, В. О. Смирнов, О. М. Чала; КПІ
ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 29,9 Мбайт). – Київ:
103
КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. — 315 с.
9. Осадові гірські породи // Термінологічний словник-довідник з
будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В.
М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 140. — ISBN 978-
966-7407-83-4.
10. Осадові гірські породи // Термінологічний словник-довідник з
будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В.
М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 140. — ISBN 978-
966-7407-83-4.
11. https://relentlessmicrocement.com/cemher-microdur-base
12. https://www.lectura-specs.com.ua/ua/model/budivel-na-tehnika/katki-
tandemni-vibracijni-dorozni-katki-bomag/bw-161-ad-50-1165038
13. China looking to export construction machines (Jan–Feb 2012)
14. Machinery makers in China gain strength as steel costs fall (20 січня 2006)
15. ДБН В.2.1-10-2018. Основи і фундаменти будівель і споруд. Основні
положення. Чинний від 01.01.2019. – Київ : Мінрегіонбуд України, 2018.
16. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи та фундаменти:
підручник для студентів вузів / М. Л. Зоценко, В. І Коваленко, А. В. Яковлєв
та ін. – Полтава, 2003.
17. Механіка ґрунтів. Основи та фундаменти : підручник для студентів / В.
Б. Швець, І. П. Бойко, Ю. Л. Винников та ін. – Дніпропетровськ : Пороги, 2012
18. Климчук Л.М. Блінов П.В. Сучасні інженерно-геологічні умови як
складова безпеки життєдіяльності. Київ-2008.
19. Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції.
Основні положення ДБН В.2.6-98:2009. – [Чинний з 2011-06-01]. – Київ :
Мінрегіонбуд України, 2011.
20. М.Л. Зоценко, В.І. Коваленко, А.В. Яковлєв, О.О. Петраков, В.Б.
Швець, О.В. Школа, С.В. Біда, Ю.Л. Винников. Інженерна геологія. Механіка
грунтів, основи та фундаменти. Підручник. Полтава. 2004
21. В.О. Панченко, М.Г. Костюк, А.О. Качура. Технологія і механізація
104
будівельних процесів: навч.посібник. – Харків: ХНАМГ, 2005.
22. Євтушенко А.В. Машини для стабілізації шляху: Конспект лекцій. –
Харків: УкрДАЗТ, 2005.
23. Стефанов Б.М., Євтушенко А.В. Машини для ремонту земляного
полотна: Конспект лекцій з дисципліни «Колійні машини». – Харків:
УкрДАЗТ, 2002.
24. Wolkowski, R., & Lowery, B. (2008). Ущільнення ґрунту: причини,
проблеми та засоби (публікація Університету Вісконсина №3367).
25. Палій В.П. Будівельна техніка: навчальний посібник / В.П. Палій, І.М.
Малик. - К.: Аграрна освіта, 2009.
26. Черненко В. К. Технологія будівельного виробництва / В. К. Черненко.
– Київ: Вища школа, 2005.
27. Файнер М. Ш. Виробнича база будівництва : навч. посібник / М. Ш.
Файнер. – Чернівці : Чернівецький нац. ун-т, 2010
28. Троян В. В. Добавки для бетонів і будівельних розчинів: навчальний
посібник. – Ніжин: ТОВ «Видавництво» «Аспект-Поліграф», 2010.
29. Сукач М. К. Будівельні машини і обладнання : підручник. / М. К.
Сукач. – Київ : Видавництво Ліра, 2016
30. Справочник строителя. Современные строительные материалы / Г. С.
Фокин, Е. В. Кондращенко. – Харьков : АЛЕВ – ИНФОТРЕЙД, 2008.
31. Сівко В. Й. Обладнання підприємств промисловості будівельних
матеріалів і виробів: підручник / В. Й. Сівко, В. А. Поляченко. – Київ : ТОВ
«АВЕГА», 2004.
32. Панченко В. О. Технологія і механізація будівельних процесів : навч.
посібник / В. О. Панченко, М. Г. Костюк, А. О. Качура ; Харьк. нац. акад. гор.
хоз-ва. – Харків: ХНАМГ, 2005
33. Організація виробництва і управління підприємством будівельних
конструкцій, виробів і матеріалів: підручник / Г. Я. Антоненко, А. А.
Майстренко, Н. О. Амеліна, та ін. – Київ : Основа, 2015
34. Назаренко І. І. Машини і устаткування підприємств будівельних
105
матеріалів: Конструкції та основи експлуатації : підручник. – Київ : Вища
школа, 2004.
35. Лівінський О. М. Будівельні машини та обладнання: підручник / О. М.
Лівінський, О. М. Пшінько, М. В. Савицький та ін. – Київ : Українська
академія наук; «МП Леся» , 2015
36. Каганов В. О. Виробнича база будівництва : конспект лекцій. / В. О.
Каганов. – Львів: НУ «Львівська політехніка», 2014.
37. Ємельянова І. А. Баштові крани для сучасного будівництва : навч.
посібник / І. А. Ємельянова, О. С. Сорокотяга, Д. В. Супряга. – Харків :
«Бурун книга», 2010.
38. Гоц В. І. Виробнича база будівництва : підручник / В. І. Гоц, Н. О.
Анеліна, В. Г. Нестеров. – Київ : КНУБА, 2010
39. Виробнича база будівництва : навч. посібник / М. М. Ткачук, А. А.
Білецький., В. Ю. Громадченко, С. В. Клімов. – Рівне : НУВГП, 2011.
40. Будівельна техніка : підручник / за ред. В. О. Онищенка та С. Л.
Литвиненка. – 2-ге вид., перероб. і доп. Гриф МОН. Київ :
КондорВидавництво, 2017.
41. Ушеров-Маршак О.В., Латорец К.В. Бетони та cyxi будівельні сумiши.
Тлумачний словник. – Харків: Колоріт, 2010
42. Захарченко П.В., Долгий Е.М. та ін. Сучасні композиційні
будівельнооздоблювальні матеріали: Підручник. – К.: КНУБА, 2005
43. В’яжучі матеріали: Підручник / Р. Ф. Рунова, Л. Й. Дворкін, О. Л.
Дворкін, Ю. Л. Носовський – К. : Основа, 2012
44. Л. Й. Дворкін. Будівельні в'яжучі матеріали. – Рівне: НУВГП, 2019 –
45. Технологія будівельного виробництва. За ред. М.Г. Єрмоленка. – К.:
«Вища школа», 2008.
46. В.О. Панченко, М.Г. Костюк, А.О. Качура, Л.М. Окуневський –
Технологія і механізація будівельних процесів – Харків, 2005.
47. Якименко О. В. Технологія будівельного виробництва : навч. посібник /
О. В. Якименко ; Харків. нац. ун-т. міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. – Харків :
106
ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2016.
48. ДБН А.3.1.-5-96 «Організація будівельного виробництва".
49. Леси і палеоліт Поділля: тези доповідей ХІХ українсько-польського
семінару, Тернопіль, 23-27 серп. 2015 р. — Львів: ЛНУ, 2015.
50. ДБН В.2.1-10:2018 Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні
положення.
51. ДСТУ Б В.2.7-273:2011 Вода для бетонів і розчинів. Технічні умови
(ГОСТ 23732-79, MOD)
52. ДСТУ EN 934-5:2019 Добавки для бетонів і будівельних розчинів.
Частина 5. Добавки для торкрет-бетону. Визначення, вимоги, відповідність,
маркування та етикетування (EN 934-5:2007, IDT)
53. ДБН А.3.2-2-2009. Охорона праці і промислова безпека в будівництві.
Основні положення