Сборник трудов конференции СПбГАСУ 2014 ч

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

данной с использованием разработанной единой теории нелинейного упругопластическивязкого деформирования предельно-напряженного грунта [1].

К научно-техническому сопровождению относятся: теория нелинейного упругопластическивязкого деформирования предельно-напряженного грунта; «геотехнологии» – теории, методы и практика познания техники взаимодействия: механизмов взрывофугасной грунтовытесняющей установки, энергии взрыва и скважинообразователя с основанием набивной сваи в процессе взрывофугасного грунтовытеснения скважины, бетонной смеси с грунтом основания при изготовлении набивной сваи на месте, в работе взрывофугасной набивной сваи с основанием под нагрузкой.

Как следует из практического опыта только экспериментальные исследования позволяют получать самую достоверную комплексную информацию о поведении грунтов под действием нагрузок. С этой целью проведено развитие модели технологической механики вытеснения грунтов в основаниях взрывофугасных набивных свай, что позволило создать возможность получения самых достоверных знаний о поведении дисперсных грунтов в процессах их вытеснения из объемов скважин и их уширений, укладки бетонной смеси в скважине и приложения статических вдавливающих нагрузок на взрывофугасные набивные сваи; новой прогрессивной взрывофугасной технологии устройства набивных свай рациональных конструкций.

Предложен конструктивно-технологический принцип взрывофугасного вытеснения грунтов, который определяется задачами исключения отрицательных признаков традиционных взрывоэнергетических и механических базовых процессов. К числу таких задач относятся следующие:

1.Осуществить управление действием энергии взрыва в грунте с помощью камеры.

2.Получить с помощью управляемой энергии взрыва прямолинейную скважину цилиндрической формы заданного проектного диаметра и камуфлетное уширение строгой осесимметрии.

3.Изолировать воздействие взрывной ударной волны на грунт и заглушить звуковой эффект путём подрыва заряда в камере.

4.Предусмотреть возможность образования предварительной камуфлетной полости давлением газов взрыва, истекающих из камеры.

5.Обеспечить формование скважины рабочим органом заданного размера, засиляемого в предварительно образующуюся камуфлетную полость, избыточным давлением газов взрыва, находящихся в камере.

6.Использовать для локального сотрясения структуры грунта микроударные волны, образующиеся при истечении газов высокого давления из сопла Лаваля.

7.Предусмотреть совмещённый процесс взаимодействия рабочего органа и истекающих газов взрыва из камеры в грунт.

Таким образом, взрывофугасное вытеснение грунта процесс разрушения структуры, перемещение с переупаковкой частиц и деформация грунта пу-

161

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

тём воздействия управляемой энергии взрыва. Управление энергией взрыва производится с помощью специальной машины-скважинообразователя и заключается в том, что в процессе одного взрыва на грунт оказывают действие сначала продукты взрыва: ослабленная стенками камеры взрывная ударная волна и истекающие из камеры газы взрыва, которые образуют камуфлетную полость; затем одновременно газы взрыва и рабочий орган-фугасник в составе: камуфлетника, образующего лидерную цилиндрическую скважину, соразмерную с параметрами камуфлетника; далее газов взрыва, расширяющих лидерную скважину в камуфлетную полость; формователя скважины, преобразующего камуфлетную полость в скважину цилиндрической формы; после остановки фугасника действуют только газы взрыва с образованием камуфлетной

полости и, наконец, открытое автором последействие взрыва это «физический конденсатно-вакуумный взрыв», который производит обратное грунтозаполнение образованной камуфлетной полости до нулевого объёма с обжатием грунта на камуфлетник и оживальную головную часть формователя скважины.

К основным видам техники конструктивно-технологического решения взрывофугасного вытеснения грунтов относятся:

взрывофугасный метод вытеснения грунтов;полевая макетная взрывофугасная грунтовытесняющая установка

искважинообразователь;

давление в камерах взрывофугасных грунтовытесняющих скважинообразователей и в сопутствующих им камуфлетных полостях;

прочность стенок камер взрывания;

механическое взаимодействие системы скважинообразователя и грунта.

На уровне изобретения предложен способ взрывофугасного грунтовытеснения скважин, сущность которого иллюстрируется на рис. 1.

Взрывофугасный скважинообразователь (рис. 2), относится к машинам прямо-поступательного действия с внутрикамерным взрывом-двигателем ре- активно-динамической системы пуска и с другим двигателем силой тяжести корпуса. Рабочими органами машины служат фугасник, камуфлетник и газы взрыва высокого давления. Экономически обоснованная производительность однокамерной взрывофугасной машины за одно взрывание составляет, например, около 5,5 dс, где dс = 400 мм – диаметр скважины.

162

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Рис. 1. Последовательность взрывофугасного грунтовытеснения скважин:

а – исходное положение скважинообразователя; б – процесс проходки скважины; в – завершение рабочего цикла; 1 – заряд; 2 – камера взрывания; 3 – фугасник; 4 – верхняя часть тороидальной зоны напряжённого грунта; 5 – калиброванное отверстие; 6 – прорези ствола; 7 – камуфлетник; 8 – цилиндрическая полость; 9 – камуфлетная полость; 10 – ствол скважины; 11 – корпус; 12 – дневная поверхность; dk – диаметр камуфлетной полости; dc – диаметр

скважины; l – глубина проходки скважины за одно взрывание заряда

Рис. 2. Взрывофугасный грунтовытесняющий скважинообразователь СВГ-216/840: а) в исходном положении, б) в рабочем состоянии

163

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

В процессе освоения способа взрывофугасного грунтовытеснения свайных скважин производилась разработка, изготовление и наработка технических средств для его осуществления. Был создан полевой макет экспериментальной взрывофугасной грунтовытесняющей установки УВГ-216/840 (рис. 3).

Рис. 3. Взрывофугасная грунтовытесняющая макетная полевая установка УВГ-216/840

Получены уточненные выражения для значений удельного давления подающей ударной волны Ру и удельного импульса давления газов взрыва I на стенки камеры взрывания, а также выражение давления от действия газов взрыва в камере с изменяющимся объемом, после прекращения действия ударной волны Ii [2].

Графики импульсов (рис. 4).

Рассмотрение работы сечения толстостенного цилиндра, нагруженного внутренним давлением, показанного на рис. 5, позволило выдвинуть «растяну- то-кругоизгибную» гипотезу, основанную на представлении о том, что наряду с действием усилия растяжения, равномерно-распределенного по высоте сечения, возникает усилие растяжения периферийной наружной зоны сечения, вызванное усилием сжатия ближней внутренней зоны сечения цилиндра. Рабочая толщина стенки цилиндра при внутреннем давлении [3].

164

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Рис. 4. Графики изменения удельных давлений ударной волны и газов взрыва в камере: 1 – удельное давление ударной волны; 2 – удельное давление газов взрыва; 3 – удельное давление воздуха в камере; 4 – объем, ограниченный внутренней поверхностью камеры взрывания; 5 – предел остаточного давления; Py, I – удельное давление соответственно падающей ударной волны и удельного импульса давления газов взрыва на внутренней по-

верхности камеры взрывания

Рис. 5. Эпюры распределения напряжений по поперечным сечениям цилиндра при действии внутреннего давления по растянуто-кругоизгибной гипотезе (а) и по трактовке Ламе б):

– окружное давление; r – радиальное давление

165

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

На основании результатов развития геотехники проектирования и устройства основания взрывофугасных набивных свай и в соответствии с Координационным планом общеминистерской тематики развития науки и техники на 1984–1990 годы Минстроя и Минсевзапстроя СССР были проведены дальнейшие научно-технические исследования и опытно-конструкторские работы на уровне изобретений по результатам которых была изготовлена полевая макетная экспериментальная установка УВГ 410-3000, где 410 мм – диаметр рабочего органа, 3000 мм – длина рабочего хода за один взрыв в двухкамерном скважинообразователе и проведено первичное испытание, в результате которого были выявлены необходимые доработки.

Рис. 6. Взрывофугасный грунтовытесняющий скважинообразователь СВГ 410/3000 в рабочем состоянии (а), взрывофугасная грунтовытесняющая колонна в исходном положении (б), макет полевой экспериментальной переставной взрывофугасной грунтовытесняющей установки УВГ 410/3000 в исходном положении (в)

166

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Геотехнические результаты взрывофугасного грунтовытеснения скважин показаны на рис. 7–9.

Рис. 9. Опытные взрывофугасные набивные сваи, извлеченные из грунта: а) без уширенной пяты, б) и в) с камуфлетными уширениями

Литература

1.Борозенец Л.М. Модель теории нелинейного упругого и пластического деформирования дисперсных грунтов в основаниях фундаментов / Л.М. Борозенец // Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении: Сб. мат. Всероссийской научн.-техн. конф. – Новочеркасск, : ЮРГТУ (НПИ), 2012. – С. 102-109.

2.Борозенец Л.М. Способ определения давления в камерах взрывания / Л.М. Борозенец // Инф. листок ЦНТИ. – Владимир, 1987. – НТД №87-19. – 4 с.

3.Борозенец Л.М. Способ расчета толстостенных цилиндров / Л.М. Борозенец // Инф. листок ЦНТИ. – Владимир, 1987. – НТД №87-20. – 4 с.

167

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

УДК 624.131

Р.В. Самченко (ЗГИА, г. Запорожье, Украина)

РЕГУЛИРОВАНИЕ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ВЫРАВНИВАНИИ НАКРЕНИВШИХСЯ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ

Изложена методика управления осадками фундаментов при выравнивании накренившихся зданий, сооружений горизонтальным выбуриванием грунта из-под фундаментов.

Ключевые слова: крены строительных объектов, выравнивание, ускорение осадок фундаментов, замедление осадок, приостановка осадок.

Regulation of foundation settlement in alignment of the tilted buildings and structures

The technique of control of foundation settlement to align tilted buildings and structures by horizontal soil drilling-out under the foundations is reviewed.

Key words: rolls of construction objects, alignment, acceleration of foundation settlement, slowing of settlement, settlement suspension

В Украине, как и в других странах СНГ, имеется достаточно большое количество накренившихся зданий и сооружений. Крены строительных объектов представляют потенциальную угрозу перехода деформированных зданий в аварийное состояние при несвоевременном их устранении. Кроме того, накренившиеся здания, особенно жилые, доставляют значительный дискомфорт для проживающих – остановки лифтов из-за перекосов шахт, перекосы полов, мебели, заклинивание окон, дверей и другие неудобства. Поэтому крены зданий и сооружений необходимо устранять и ликвидировать причину их возникновения.

Нами разработан эффективный метод устранения кренов зданий, сооружений путем регулируемого управления жесткостью основания за счет бурения горизонтальных скважин переменных параметров [1]. Процесс выравнивания накренившихся объектов включает два этапа. На первом этапе выполняют бурение под фундаментами горизонтальных скважин переменных параметров по расчетным параметрам, на втором этапе – регулирование осадок фундаментов [2].

Исследования и практика ликвидации кренов зданий, сооружений показывают, что в процессе бурения горизонтальных скважин осадки фундаментов могут достигать 10... 70 % от максимальных, необходимых для восстановления их в вертикальное положение. Такой широкий диапазон осадок, возникающий при бурении, объясняется существенными различиями характеристик грунтов в слое основания в непосредственной близости под фундаментами, а также разным давлением по подошве фундаментов Например, при выравнивании объектов на грунтовых уплотненных подушках с плотностью грунта в сухом состоянии в пределах ρd = 1,6... 1,7 г/см3 и влажностью в пределах W = 8–14 % осадки фундаментов на перфорированном горизонтальными скважинами слое оснований после бурения скважин составили всего лишь 8–14 %, тогда как на основаниях объектов со сравнительно низкой плотностью (ρd = 1,4... 1,5 г/см3)

168

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

и высокой влажностью грунтов (W = 20... 24 % ) осадки фундаментов вследствие бурения достигали 50... 80 %.

На практике часто возникают ситуации, когда даже в пределах одной накренившейся блок – секции, из-за неравномерного распределения характеристик грунтов, например из-за неравномерного замачивания основания, возникает существенная разница осадок в разных зонах бло -секции при бурении горизонтальных скважин.

Приведенное выше свидетельствует о том, что регулирование процесса осадок фундаментов при выравнивании зданий является весьма важным фактором. Поэтому разработка эффективных способов регулирования осадок фундаментов наряду с другими факторами является необходимым и весьма актуальным вопросом управления пространственным положением зданий, сооружений при ликвидации крена.

Нами разработаны на уровне изобретений несколько способов регулирования осадок фундаментов. Для восстановления накренившегося здания в вертикальное положение необходимо выбурить из слоя основания под менее осевшей частью фундамента объем грунта равновеликий объему расчетной пространственной эпюры осадок. Уменьшение объема выбуренного грунта приведет к недобору осадок фундаментов и, следовательно, к недобору восстановления в вертикальное или допустимое нормами пространственное положение. Увеличение объема вынутого грунта из-под фундаментов ведет к возникновению контркрена. Поэтому бурение горизонтальных скважин необходимо осуществлять строго по расчетным параметрам.

В процессе бурения скважин происходят осадки фундаментов, которые по окончании бурения постепенно уменьшаются и наступает условная стабилизация. Это означает, что процесс выравнивания может перейти в затяжную фазу. Необходимо ускорять процесс осадок фундаментов.

Регулирование технологических осадок фундаментов увлажнением грунтов. Изменение интенсивности процесса осадок фундаментов осуществляют путем изменения физических характеристик в целиках грунтов их увлажнением вокруг скважин. Для исключения возможного резкого увеличения осадок фундаментов плавное их повышение достигается поэтапным увеличением влажности по технологии, приведенной в [3].

Для контроля процесса выравнивания по данным геодезических наблюдений строят эпюры осадок и графики изменения осадок во времени (динамики осадок). С этой целью по контуру зданий, сооружений, устанавливают геодезические стенные марки по всему периметру объекта и по результатам нивелирования строят эпюры и графики осадок. На основании анализа эпюр осадок зданий, сооружений делают выводы о ходе процесса выравнивания. Для предупреждения увеличения деформаций конструкций при устранении крена зданий эпюра осадок фундаментов в процессе выравнивания должна изменяться линейно, т. е. эпюра осадок должна иметь форму треугольника при крене в одном направлении или трапеции при сложном крене (одновременно в двух на-

169

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

правлениях). Отклонение эпюры от линейного изменения означает, что осадки зданий на тех или иных участках отклоняются от заданной закономерности, они отстают или опережают осадки смежных участков. При этом необходимо анализировать, срочно искать причину и вносить корректировки в технологический процесс для предупреждения возникновения прогибов или выгибов зданий. Исправлять ситуацию можно корректировкой технологии увлажнения грунтов в перфорированном слое – на одних участках скважин следует уменьшить или полностью прекратить увлажнение грунта вокруг стенок скважин, а на других, наоборот, усилить степень увлажнения. При этом существенное значение имеет постепенное, поэтапное изменение влажности грунтов, которое вызывает соответственно плавные изменения осадок фундаментов. Корректировкой процесса увлажнения грунтов добиваются, во-первых – прямолинейнсти изменения эпюры осадок по длине на всех участках здания, во-вторых – оптимальной интенсивности этих осадок.

При ликвидации кренов строений наряду с необходимостью получения требуемых осадок фундаментов по величине, весьма важным аспектом является обеспечение правильного направления перемещения при возвращении их в проектное положение. Изменение направления вектора перемещения контролируется автоматизированной системой " Мониторинг" с использованием информационно – измерительного индуктивного датчика деформаций УИД, разработанного в Запорожском отделении ГП НИИСК [4], а также по эпюрам осадок.

При анализе показателей датчиков УИД и эпюр осадок фундаментов делают вывод о направлении вектора перемещения выравниваемого объекта. В случае отклонения вектора перемещения от необходимого направления нужно также срочно вносить коррективы в технологию выравнивания. Корректировка заключается в изменении интенсивности и величины осадок фундаментов одной части здания по отношению к другой. Управление вектором перемещения для восстановления вертикального пространственного положения является ответственным и сложным заданием. При отклонении вектора перемещения необходимо срочно изменять направленность осадок фундамента. Для оперативного изменения направленности осадок фундаментов разработан способ интенсификации осадок путем увлажнения грунтов вокруг скважин горячей водой с температурой 60° и выше. При увлажнении грунтов вокруг стенок скважин горячей водой с такой температурой интенсивность и величина осадок фундаментов увеличивается в 2-3 раза за счет интенсификации степени растворимости природных солей грунтов. Зона необходимого ускорения осадок фундаментов, под которыми надо увлажнить целики грунта горячей водой, определяется из эпюр осадок. При замачивании необходимой зоны скважин горячей водой интенсивность осадок этой зоны фундаментов существенно возрастает и соответственно оперативно изменяется в необходимом направлении вектор перемещения здания, сооружения в пространстве. Особенно эффективным при регулировании осадок замачиванием горячей водой в про-

170