Теоретичні засади закріплення основ будівель та споруд ін’єкцією розчинів під високим тиском

6. Головко С.И. Физическая и математическая формализация процесса инъектирования грунтовых оснований / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2002. _ Вып. 21. _ С. 92-96.

7. Головко С.И. Диагностика оснований и зданий при реконструкции в сложных грунтовых условиях / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2002. _ Вып. 18. _ С. 26-30.

8. Головко С.И. Методика построения общего решения задачи теории взаимосвязанной консолидации при зависящем от времени коэффициенте фильтрации в декартовой системе координат / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2003. _ Вып.23. _ С. 73-78.

9. Головко С.И. К вопросу определения расчетного сопротивления грунта на многослойном основании / С.И. Головко, Т.М. Ушпик, Д.В. Тищенко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2003. _ Вып.22, ч.3. _ С. 119-123.

10. Головко С.И. Особенности распределения напряжений и перемещений в слоистых грунтовых основаниях / В.Б. Швец, В.Г. Шаповал, Т.В. Маркелова, С.И. Головко, С.Н. Горлач // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2003. _ Вып. 22, ч. 3. _ С. 33-40.

11. Головко С.И. Напряженно-деформированное состояние грунтовых оснований при их усилении методом инъектирования. Закономерности распределения порового давления / С.И. Головко // Theoretical Foundations of Civil Engineering. - Warsawa: WUT, 2003. _ Vol. 11. _ P. 75-80.

12. Головко С.И. Методика построения общего решения теории взаимосвязанной консолидации при зависящем от времени коэффициенте фильтрации в цилиндрической системе координат при учете осевой симметрии / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2003. _ Вып. 22, ч. 3. _ С. 301-306.

13. Головко С.И. Напряженно-деформированное состояние грунтовых оснований при инъекционном закреплении / С.И. Головко // Theoretical Foundations of Civil Engineering. - Warsaw: WUT, 2004. _ Vol. XII/2. _ P. 637-642.

14. Головко С.И. Напряженно-деформированное состояние грунтового основания в процессе высоконапорного инъектирования / С.И. Головко // Будівельні конструкції: - К.: НДІБК, 2004. - Вип. 61, т. 1. - С. 42-47.

15. Головко С.И. Напряженно-деформированное состояние грунтового основания при высоконапорной инъекции / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2004. _ Вып. 27, ч. 2. _ С. 224-231.

16. Головко С.И. Напряженно-деформированное состояние грунтовых оснований при инъектировании. Закономерности распределения касательных напряжений / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2004. _ Вып. 30. _ С. 105-110.

17. Головко С.И. Теоретические и практические аспекты проблемы закрепления оснований методом высоконапорной инъекции растворов / С.И. Головко // Новини науки Придніпров'я. Серія: Інженерні дисципліни. _ 2004. - № 2. _ С. 83-87.

18. Головко С.И. Опыт диагностики и усиления оснований зданий методом высоконапорной инъекции в сложных геологических условиях / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2005. _ Вып. 35, ч.1. _ С. 148-155.

19. Головко С.І. Досвід цементації основ та діагностики закріплених масивів на спорудах Чорнобильської АЕС / С.І. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2007. _ Вып. 43. _ С. 123-132.

20. Головко С.И. Оценка эффективности усиления оснований методом высоконапорной инъекции / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2008. _ Вып. 47. _ С. 211-217.

21. Головко С.И. Опыт усиления водонасыщенного основания водонапорной башни методом цементации / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2009. - Вып. 48, ч. 3. _ С. 248-254.

22. Головко С.И. Усиления основания фундамента турбоагрегата методом высоконапорной инъекции / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2009. _ Вып. 50. _ С. 149-157.

23. Головко С.И. Эффективный метод улучшения строительных свойств грунтовых оснований высоконапорным инъектированием / С.И. Головко, Ю.С. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2010. _ Вып. 56. _ С. 116-122.

24. Головко С.И. Развитие деформаций и кренов зданий на склонах. Опыт ликвидации аварийного состояния / В.Л.Седин, С.И.Головко, С.Н.Горлач, А.С. Головко, В.А. Бижко // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. _ Дніпропетровськ: ПДАБА, 2010. _ № 9. _ С. 20-25.

25. Головко С.И. Оценка технического состояния и продление эксплуатации фундаментов защитной оболочки реакторного отделения ВВЭР-1000 / В.Л. Седин, Е.А.Бауск, С.И. Головко // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. _ Дніпропетровськ: ПДАБА, 2010. _ № 9. _ С. 39-44.

26. Головко С.И. Методика расчета параметров процесса высоконапорного инъектирования грунтовых оснований / С.И. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ПГАСиА, 2010. _ Вып.54. _ С. 71-78.

27. Головко С.И. Экспериментальные исследования усиления грунтовых оснований высоконапорным инъектированием / С.И. Головко, А.С. Головко // Строительство, материаловедение, машиностроение. _ Днепропетровск: ГВУЗ «ПГАСА», 2011. _ Вып.59. _ С.130-136.

28. Головко С.И. Особенности деформирования оснований фундаментов реакторных отделений Запорожской АЭС / Е.А. Бауск, С.И. Головко, В.Б. Швец // Энергетическое строительство. _ 1989. _ №2. _ С. 43-46.

29. Головко С.И. Развитие крена высотного здания и ликвидация аварийного состояния / С.Н. Горлач, С.И. Головко, А.С. Головко // Охрана труда и экология в строительстве. Актуальные задачи и современные пути решения. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2001. - С. 35-39.

30. Головко С.И. Усиление аварийного высотного здания, возведенного на склоне, сложенном просадочными грунтами / Л.К. Гинзбург, С.И. Головко, В.Б. Швец, В.Г. Шаповал // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2001. - №3. _ С. 27-29.

31. Головко С.И. Опыт закрепления просадочных грунтов методом напорной инъекции / Ю.А. Полозов, А.Ю. Лазебник, С.В.Пожидаев, С.И. Головко // Современные проблемы шахтного и подземного строительства - Донецк: Норд-Пресс, 2009. - Вып. 10-11. - С. 252-259.

32. Головко С.И. Штамповые испытания грунтов внецентренной нагрузкой / С.И. Головко, В.Б. Швец // Инженерно-технические изыскания и проектирование фундаментов в Донбассе: ХVI обл. науч.-техн. конф., 15 декабря 1988 г.: тезисы докл. - Донецк, 1988. - С. 111-112.

33. Головко С.И. Влияние динамических воздействий на устойчивость склона / Е.А. Бауск, С.И. Головко, В.Б. Швец // Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений: VII Всесоюз. конф. 25-27 сент. 1989 г.: тез. докл. - Днепропетровск, 1989. _ С. 148-149.

34. Головко С.И. Взаимодействие внецентренно нагруженных фундаментов с лессовым основанием / С.И. Головко, В.Л. Седин, В.Б. Швец // Инженерная геология лессовых пород: докл. Всесоюз. совещ., окт. 1989 г. _ М., 1989. _ С. 23-24.

35. Головко С.И. Опыт эксплуатации здания на свайном основании в сложных геологических условиях / С.И. Головко, В.Б. Швец // Механика грунтов и фундаментостроение: II Укр. научн.-техн. конф. - Полтава, 1995. - Т.1, ч. 1. _ С. 143-145.

36. Головко С.И. Длительные деформации оснований основных сооружений АЭС с моноблочной компоновкой / С.И. Головко, Е.А. Бауск // Механика грунтов и фундаментостроение: Рос. конф., 13-15 сент. 1995 г.: сб. тр. _ Санкт-Петербург, 1995. _ Т.1. _ С. 103-108.

37. Головко С.И. Опыт эксплуатации зданий в сложных геологических и гидрогеологических условиях / Е.А. Бауск, С.И. Головко // Механика грунтов и фундаментостроение: Рос. конф., 13-15 сент. 1995 г.: сб. тр. _ Санкт-Петербург, 1995. _ Т.1. _ С. 109-114.

38. Головко С.И. Длительные деформации водонасыщенного песчаного основания сооружений Трипольской ГРЭС / С.И. Головко // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: міжнар. наук.-практ. конф.: тези доп. - Рівне, 1996. - Ч.1 _ С. 48.

39. Головко С.И. Оценка длительных деформаций и надежности фундаментов турбоагрегатов Запорожской АЭС / С.И. Головко, Е.А. Бауск // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: міжнар. наук.-практ. конф.: тези доп. - Рівне, 1996. - Ч.1 _ С. 46.

40. Головко С.И. Обобщение опыта эксплуатации и технической реабилитации сооружений на просадочных грунтах / С.И. Головко // Механика грунтов и фундаментостроение: Укр. науч.-техн. конф., 17-19 сент. 1997 г.: сб. тр. _ Одесса, 1997. _ Т. 2. _ С. 346-347.

41. S.I. Golovko. Theory and practice of soil foundation bed reinforcement by high pressure injection / S.I. Golovko, V.G.Shapoval & V.B.Schwetz // Geotechnical problems with man-made and man influenced grounds: XIII European conference on soil mechanics and geotechnical engineering, 25-28 august, 2003: proceedings. _ Prague, 2003. _ P. 691-694.

42. Головко С. Экспериментально-теоретические аспекты ползучести бетона фундаментов мощных турбоагрегатов / Е. Бауск, С. Слободянюк, С. Головко // Aims for future of engineering science: the fifth international scientific forum, may 2-8, 2004: proceedings. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2004. _ С. 359-364.

43. Головко С.И. Практические результаты закрепления оснований методом высоконапорной инъекции цементных растворов / С.И. Головко // Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика: Міжнар. наук. - практ. конф., 11-12 жовтня 2007 р.: тези доп. _ Дніпропетровськ: Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна, 2007. _ С. 94-95.

Анотація

Головко С.І. Теоретичні засади закріплення основ будівель та споруд ін'єкцією розчинів під високим тиском. - На правах рукопису.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.02 - основи і фундаменти. - Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» Міністерста освіти і науки, молоді та спорту України, Дніпропетровськ, 2011.

Робота присвячена створенню методології проектування поліпшення будівельних властивостей ґрунтових основ з використанням методу ін'єкції цементних розчинів під високим тиском.

Суть полягає в тому, що при нагнітанні розчинів в основу в ній створюється такий тиск, що відбувається часткове руйнування ґрунту, під впливом якого на деякій відстані від місця нагнітання розчину проходить ущільнення основи, через що підвищується міцність і зменшується деформативність, утворюється міцна просторова структура з цементного каменю із зв'язаних між собою горизонтальних, похилих і вертикальних елементів. Показано, що цементацію основ під високим тиском слід класифікувати як комбінований метод перетворення будівельних властивостей ґрунтових основ.

Запропоновано фізичну модель та виконано математичну формалізацію процесу закріплення основ ін'єкцією розчину під високим тиском, яка полягає в отриманні рішень на основі теорії невзаємопов'язаної фільтраційної консолідації та визначенні областей граничної рівноваги на основі просторового варіанту закону граничної рівноваги. Проаналізовано процеси зміни напружено-деформованого стану основ при ін'єктуванні. На цій основі розроблено методику, що дозволяє обґрунтовано визначати такі параметри процесу: діаметр свердловини, висота зони ін'єктування, тиск нагнітання, радіус розповсюдження розчину, час цементації, критична глибина занурення ін'єктора, висота підйому фундаментів і основ в процесі їх ін'єктування. Обґрунтовано доцільність використання цементації під високим тиском для вирішення завдань: підсилення основ фундаментів, виправлення кренів та нерівномірних деформацій будівель і споруд, усунення властивостей просідання основ в заданій області, створення протифільтраційних завіс, консервація радіоактивних відходів, зміна властивостей жорсткості основ при статичних та динамічних навантаженнях. Розроблено методику розрахунку основи після підсилення.

Методика розрахунку параметрів ін'єктування застосована при проектуванні та виконанні робіт на промислових і цивільних об'єктах.

Ключові слова: високонапірна цементація, фізична та математична формалізація процесу, напружено-деформований стан, характеристики міцності ґрунту, критичний тиск нагнітання, критична глибина занурення ін'єктора, радіус розповсюдження розчину.

Головко С.И. Теоретические основы усиления оснований зданий и сооружений инъекцией растворов под высоким давлением. - На правах рукописи.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.02 - основания и фундаменты. - Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры» Министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины, Днепропетровск, 2011.

Работа посвящена разработке расчетно-теоретического аппарата проектирования преобразования строительных свойств грунтовых оснований с использованием метода высоконапорной цементации.

Суть метода заключается в том, что при нагнетании водо-цементно-силикатной композиции в грунт в нем создается такое давление, при котором происходит частичное разрушение основания с образованием в нем разрывов, в которые проникает нагнетаемый раствор. Под воздействием высокого давления на некотором расстоянии от места нагнетания раствора происходит уплотнение основания, в силу чего повышается его прочность и уменьшается деформативность. В результате твердения проникшего в трещины раствора образуется некоторая весьма прочная пространственная структура. Отличиями данной технологии от традиционного метода цементации являются: частичное разрушение сплошности основания в процессе нагнетания раствора; применение при коэффициенте фильтрации, меньшем 70 м/сут.

Показано, что метод высоконапорной цементации оснований включает в себя элементы методов закрепления, уплотнения и конструктивного метода преобразования их строительных свойств. Поэтому его следует классифицировать как комбинированный метод преобразования строительных свойств грунтовых оснований.

Предложена физическая модель и выполнена математическая формализация процесса инъектирования грунтовых оснований под высоким давлением. В качестве расчетной модели принята упругая изотропная среда с переменным коэффициентом фильтрации и консолидации, определение областей предельного состояния выполняется на основании пространственного варианта закона предельного равновесия.

В декартовой, сферической и цилиндрической системе координат получены системы уравнений состояния и равновесия, позволяющие определить напряженно-деформированное состояние однородных оснований в процессе высоконапорной инъекции. Полученные зависимости обобщены на случай слоистых оснований.

Исследован общий случай напряженно-деформированного состояния основания при высоконапорной инъекции и выполнены асимптотические оценки. Разработана методика определения параметров процесса высоконапорной цементации грунтовых оснований, позволяющая обоснованно определять такие параметры процесса: диаметр скважины, через которую нагнетается водно- цементно-силикатная смесь; высота зоны инъекции; давление нагнетания; время нагнетания; критическая глубина погружения инъектора; высота подъема фундаментов и оснований в процессе их высоконапорного инъектирования.

На основании сопоставления теоретических и экспериментальных результатов разработаны эмпирические коэффициенты для использования в практических расчетах при проектировании усиления оснований. Разработана методика расчета армированных грунтовых оснований после цементации.

Метод высоконапорной цементации грунтовых оснований может быть использован для решения таких задач механики грунтов и фундаментостроения: усиление оснований фундаментов, стабилизация кренов и неравномерных деформаций зданий и сооружений, устранение просадочных свойств оснований, создание противофильтрационных завес, крепление стенок котлованов, консервация радиоактивных отходов, повышение жесткости оснований с целью изменения частот собственных колебаний фундаментов под машины и оборудование.

Длительные наблюдения за зданиями после усиления оснований показали их стабильную работу.

Ключевые слова: высоконапорная цементация, физическая и математическая формализация процесса, напряженно-деформированное состояние, характеристики прочности грунта, критическое давление нагнетания, критическая глубина погружения инъектора, радиус распространения раствора.

Golovko S.I. Theoretical grounds for soil reinforcement by high-pressure mortar injection. - Manuscript.

Dissertation submitted for the qualification of scientific degree of doctor technical sciences by speciality 02.23.02 _ Foundations and Soil Beddings. - State higher educational establishment «Prydniprovska State Academy for Civil Engineering and Architecture», Ministry of science and education, youth and sports of the Ukraine, Dnipropetrovs'k, 2011.

The work describes creation of theoretical calculation technique to design engineering improvements of soil beddings using supercharged cement mortar injection.

The main point of the theory is that during injection supercharging, a pressure is developed that partially deteriorated the existing soil structure. Due to this, compaction occurs at a certain range from injection point and by means of this, strength and stiffness is increased. A structurally viable three-dimensional structure develops from the cement mortar consisting of interconnected vertical, horizontal and inclined elements. It is shown that cement supercharging may be classified as a combined method for soil properties transformation.

A physical and mathematical formalization of the bonding process is obtained which is based upon employing uncoupled filtration consolidation theory and evaluating the limit equilibrium domains from the Coulomb's volumetric limit equilibrium theory. Stress-strain changes during the injection were analyzed. On this basis, a methodology was developed that allows to define the following process parameters: borehole diameter, injection zone height, injection pressure, distance of mortar spread, cementation length, critical injector dip depth, foundation uplift during injection. Practicability of high pressure injection is justified for the following tasks: foundation and base reinforcement, correction of inclinations of buildings and structures, removal of subsidence capabilities of soils, counter-filtration curtain development, sealing off radioactive debris, control of soil stiffness in static and dynamic loading. A method for soil properties estimation was developed.

The methodology for injection parameters evaluation was employed in the design and implementation of civil works at industrial and public facilities.

Key words: supercharged injection cementation, physical and mathematical process modeling, stress-strained state, soil strength properties, critical injection pressure, critical injector dip depth, mortar spread distance.

Размещено на Allbest.ru