Буронабивна паля у оболонці з ґрунтоцементу

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність роботи. Проблема забезпечення стійкості стінок свердловин при влаштуванні набивних паль існує вже кілька десятиліть, але вона продовжує бути актуальною і сьогодні. У зв'язку з високими витратами на забезпечення стійкості стінок свердловин нормативами дозволено у так званих, “стійких” ґрунтах виконувати буріння свердловин під набивні палі без кріплення стінок. Більш того, так само виготовляються буронабивні палі з розширенням, яке влаштовується вибурюванням за допомогою спеціального розширювача. Звичайно, що навіть у “стійких” ґрунтах, особливо при влаштуванні розширення, немає ніяких гарантій від обвалів та інших видів руйнувань стінок свердловини. Руйнування може виникати також і в процесі бетонування свердловини.

Відомий спосіб улаштування буронабивних паль під захистом обсадної труби, яку в процесі буріння необхідно постійно занурювати нижче вибою свердловини. Крім того, що це дуже витратний метод, не завжди вдається забезпечити кріплення свердловини саме у її вибої, де переважно виникає руйнування стінок свердловини. Найбільш надійним вважається спосіб улаштування свердловини під захистом глинистого розчину з наступним підводним її бетонуванням. Цей підхід потребує виконання багатьох додаткових робіт (приготування бурового розчину, забезпечення його циркуляції, очищення й обов'язкової утилізації тощо), а також спеціальних заходів щодо забезпечення якості розчину, щоб уникнути надмірного його поглинання, і складних прийомів промивання свердловини.

Технічна думка завжди була спрямована на вирішення цього складного завдання. Так наприкінці ХХ століття на будівництві з'явилися буроін'єкційні палі, які виготовляються за допомогою прохідного шнека, так звані палі “Солетанж”. Від руйнування стінок свердловини в таких палях захищає шнек, заповнений вибуреним ґрунтом. Але досвід використання цих паль показав, що за наявності пливунів різного походження цей метод улаштування паль не дає бажаних результатів.

Одним із найбільш простих і надійних методів улаштування буронабивних паль є бурозмішувальний метод, який використовується при виготовленні набивних ґрунтоцементних паль. Рідка і важка ґрунтоцементна суміш з самого початку буріння наповнює свердловину та слугує надійною перепоною руйнуванню її стінок. Але невелика відносно до бетону міцність ґрунтоцементу значно звужує сферу використання ґрунтоцементних паль.

На підставі вищевикладеного слід вважати актуальним розроблення конструктивних рішень і методики розрахунку комбінованих буронабивних паль, що виготовляються з ґрунтоцементу, який надалі використовується як захисна оболонка з наступним улаштуванням у ній залізобетонної набивної палі.

Мета і завдання досліджень. Метою дисертаційної роботи є розроблення конструктивних рішень, комплексні дослідження й обґрунтування методики розрахунку комбінованих буронабивних паль в оболонці з ґрунтоцементу, яка виготовляється за бурозмішувальною технологією.

Для досягнення цієї мети необхідно розвязати такі задачі:

- вивчити досвід проектування та влаштування буронабивних паль у нестійких ґрунтах;

- обґрунтувати можливість використання бурозмішувальної технології для виготовлення ґрунтоцементної оболонки залізобетонних набивних паль і розробити раціональні конструкції комбінованих паль;

- виконати лабораторні дослідження властивостей ґрунтоцементу, отриманого за бурозмішувальною технологією, в тому числі оцінити його міцність, деформативність та водонепроникність;

- провести польові спостереження за виготовленням комбінованих паль, а також їх статичні випробовування на дію вертикальних стискаючих і горизонтальних навантажень;

- проаналізувати стан проблеми оцінювання напружено-деформованого стану (НДС) системи “ґрунт - набивні комбіновані палі” в умовах вертикальних та горизонтальних навантажень і на цій основі скласти чисельну модель їх сумісної роботи;

- для системи, що розглядається, розробити принципи побудови розрахункових схем, складання вихідних даних для чисельного моделювання, провести розрахункові дослідження, використовуючи сучасні програмні комплекси;

- впровадити комбіновані буронабивні залізобетонні палі в оболонці з ґрунтоцементу в практику будівництва та оцінити їх економічність порівняно з відомими буронабивними палями, які виготовляють під захистом обсадної труби або глинистого розчину та буроін'єкційними палями.

1. Особливості влаштування й проектування буронабивних паль у нестійких ґрунтах, особливо нижче рівня ґрунтових вод, які пов'язані зі значними складностями при забезпеченні стійкості стінок свердловин до укладання бетону, та виявлено проблеми, які не розв'язані до сьогодні. Виконано аналіз науково-технічної літератури за напрямами: особливості виготовлення буронабивних паль у нестійких ґрунтах; буронабивні палі з ґрунтоцементу, які виготовляються за бурозмішувальною технологією; фізико-механічні характеристики ґрунтоцементу; проектування буронабивних паль

Дослідження особливостей проектування й улаштування буронабивних паль викладено у працях М.Ю. Абелєва, В.П. Ананьєва, І.П. Бойка, Ю.Й. Великодного, Ю.Л. Винникова, М.Н. Гольдштейна, А.Л. Готмана, Б.І. Далматова, В.Я. Єрьоміна, М.Л. Зоценка, І.Я. Лучковського, І.В. Матвєєва, О.В. Новського, Є.В. Платонова, В.Л. Сєдіна, В.Г. Таранова, Ю.Г. Трофіменкова, Г.І. Черного, Д.М. Шапіро, В.Б. Швеця, В.С. Шокарева, H. Brandl, K.I. Lampruthi, D.D. Kelly, C.J. Reichman, C.J. Rutherford та ін.

Значну територію України, особливо Північно-Східний регіон, складена лесовими ґрунтами. Товща просадочних ґрунтів сягає 6…8 м. В останні роки за рахунок техногенного підтоплення територій рівень ґрунтових вод на окремих ділянках плато наблизився до поверхні землі і у середньому залягає нижче неї на 3…5 м. Модуль деформації ґрунтів знизився від Е = 8…12 МПа до Е = 3…5 МПа після обводнення. Таким чином, у результаті утворилася товща слабких водонасичених глинистих ґрунтів, яка не може бути використана як природна основа. Тобто такі ґрунти необхідно прорізати палями. Одним із поширених видів є буронабивні палі. Але при бурінні свердловин для влаштування цих паль необхідно надійно захищати їх стінки від руйнування. Для цього використовується, наприклад, буріння свердловин у нестійких ґрунтах під захистом обсадних труб, буріння під захистом глинистого розчину з наступним підводним бетонуванням, метод улаштування набивних паль за технологією безперервного прохідного шнеку “Солітанж” та ін. Але вони мають свої недоліки, що звужують сферу застосування цих способів улаштування буронабивних паль.

Одним із самих простих і надійних методів улаштування буронабивних паль є бурозмішувальний метод при виготовленні ґрунтоцементних паль. Дослідженнями фізико-механічних характеристик ґрунтоцементу займалися такі науковці, як В.В. Аскалонов, В.М. Безрук, Н.М. Віленкіна, Л.М. Гончарова, М.Л. Зоценко, В.І. Крисан, І.І. Ларцева, А.Г. Малінін, Р.В. Петраш, Б.А. Ржаніцин, П.А. Ребиндер, В.Е. Соколович, І.В. Степура, А.Н. Токін, В.С. Шокарев, В.С. Цветков, А. Добсон, Л. Казагранде та ін.

Перевагами застосування бурозмішувального способу є те, що він практично може бути застосований для закріплення всіх видів піщаних і глинистих ґрунтів, а також те, що ґрунтоцемент виготовляється безпосередньо у масиві ґрунту. Основним недоліком ґрунтоцементу є його низька міцність. Це значно обмежує його використання як матеріалу паль.

Тому актуальним є розроблення нових конструктивних рішень, проведення комплексних досліджень і розроблення методики розрахунку комбінованих буронабивних паль в оболонці з ґрунтоцементу.

На базі проведеного аналізу в дисертації були визначені мета і задачі досліджень.

2. Конструкція залізобетонної буронабивної палі, яка влаштовується в оболонці з ґрунтоцементу (БНПОГЦ), технологіі виготовлення таких паль і контроль за їх якістю

Проведено польові випробувань паль на дію вертикального та горизонтального навантажень. Отримані результати випробувань несучої здатності паль показали збіг із даними, одержаними аналітичним методом.

Запропоновану технологію захищено патентом України на корисну модель № 31082 від 25.03.2008 р. - спосіб улаштування буронабивної палі.

Суть запропонованого способу полягає в тому, що спочатку влаштовується ґрунтоцементний елемент, а потім у ньому - буронабивна паля. Буровим інструментом здійснюють розпушування ґрунту по всій глибині ґрунтоцементного елемента, який не досягає водотривкого шару або занурюється у нього. Водоцементний розчин і розрахункову додаткову кількість води подають у свердловину та перемішують зворотним обертанням бурового інструменту з розпушеним ґрунтом. Після твердіння виготовленого ґрунтоцементного елементу, в ньому пробурюють свердловину меншого діаметра, ніж діаметр елемента, на необхідну висоту палі. Оболонка з ґрунтоцементу забезпечує стійкість стінок свердловини при бетонуванні стовбура палі. В отвір уводять бетонну суміш, або послідовно арматурний каркас і бетонну суміш. Після опресовування відбувається твердіння суміші й утворення буронабивної палі, захищеної ґрунтоцементною оболонкою. Перевагами цього способу є те, що тверда ґрунтоцементна суміш забезпечує стійкість стінок свердловини при бетонуванні стовбура палі, захищає останню від ґрунтової корозії та потрапляння води, а також, завдяки оболонці, підвищується несуча здатність буронабивної палі.

Виготовлення буронабивних паль в оболонці з ґрунтоцементу виконується за допомогою комплекту обладнання, до складу якого входять: бурова машина БМ-811; пневмонагнітач СО-241/2; шланг для подавання бетону; автобетонозмішувач.

Улаштування і подальші дослідні роботи було виконано на двох майданчиках у м. Полтава, розташованих на схилах лесового плато у делювіальних відкладах. На кожному з дослідних майданчиків проводилися випробування ґрунтів палями на дію вертикального та горизонтального навантаження (по 6 паль).

За результатами проведених досліджень визначено, що наявність ґрунтоцементної оболонки сприяє збільшенню несучої здатності буронабивної палі на дію вертикального та горизонтального навантаження за рахунок збільшення площі, за якою воно передається на слабкий ґрунт; несуча здатність дослідних паль на дію вертикального й горизонтального навантажень перевищує проектну величину.

3. Результати лабораторних досліджень фізико-механічних властивостей ґрунтоцементу, виготовленого за бурозмішувальною технологією, який слугує оболонкою для запропонованої палі, в тому числі отримані залежності міцності та деформативності ґрунтоцементу від літології ґрунтів, умісту цементу, вмісту добавок, умов тужавіння

Розглянуто вплив гідрофобної добавки на водонепроникність ґрунтоцементу.

Вихідними матеріалами для виготовлення ґрунтоцементу були портландцемент марки ПЦ-ІІ/Б-Ш-400, вода, добавки (пісок, відходи збагачення корисних копалин (хвости), гідрофобної добавки Ramsinks - 2М).

Для виготовлення досліджуваних зразків ґрунтоцементу використано 5 видів ґрунтів:

- ґрунт 1 - суглинок лесований, твердий, високопористий, карбонатний, просадочний, із числом пластичності Ір = 0,14;

- ґрунт 2 - суглинок лесовий, карбонатний, легкий пилуватий, напівтвердий, макропористий, просадочний, із числом пластичності Ір = 0,10;

- ґрунт 3 - супісок, твердий, з тонкими прошарками піску, із числом пластичності Ір = 0,07;

- ґрунт 4 - супісок, пилуватий, пластичний, з прошарками та лінзами піску пилуватого і мілкого, із числом пластичності Ір = 0,04;

- ґрунт 5 - пісок пилуватий, однорідний, алювіальний.

Метою досліджень різних складів ґрунтоцементу є отримання оптимального складу ґрунтоцементу з максимальною міцністю.

Методика виготовлення ґрунтоцементної суміші полягає в наступному. Цемент та вода в необхідній кількості перемішуються вручну до отримання однорідного стану, так званого цементного молока. Кількість цементу визначається як частка від ваги сухого ґрунту. Далі в цементний розчин за необхідності вводиться добавка. Потім в одержаний розчин додавали ґрунт із певною вологістю, й отриману суміш перемішували до однорідної маси протягом 5 хвилин. Далі формували методом лиття зразки-куби розмірами 7,07х7,07х7,07 см та зразки-циліндри розмірами
h = 3,0 см, d = 3,0 см. На другу добу після виготовлення зразки витягалися з форм і зберігалися до випробування у воді.

Випробування ґрунтоцементних зразків на одновісний стиск виконувалося у віці 28, 90, 365 та 730 діб за допомогою преса та компресійного приладу УГПС. Для кожного випробування було виготовлено по 6-8 зразків одного складу (однаковий вміст ґрунту, цементу, В/Ц тощо). В результаті випробувань одержано середнє значення міцності на стиск і модуль деформації ґрунтоцементу певного віку. Також для кожного зразка визначалася щільність та вологість.

За результатами випробувань зразків-кубиків та циліндрів на стиск, для виготовлення яких використовувався ґрунт 1 з умістом цементу 20 % від ваги сухого ґрунту, побудуємо графіки набору міцності і модуля деформації ґрунтоцементу.

Було виготовлено 3 різних серії зразків. У першій використовувався ґрунт № 1 з умістом цементу від 5 до 50 % від ваги сухого ґрунту та В/Ц відношенням 0,6 - 1. В другій серії застосовувались усі розглянуті види ґрунтів №1-5 з умістом цементу в кількості 15; 20 і 25% від ваги сухого ґрунту. У третій серії використовувався ґрунт №1 з вмістом добавок від 0 до 20 % (пісок, хвости) та постійним (20 %) вмістом цементу від ваги сухого ґрунту.

Визначення залежності механічних характеристик (міцності та модуля деформації) ґрунтоцементу від умісту цементу відбувалося в лабораторних умовах на зразках першої серії (рис. 6 і 7). Вони досліджувалися при терміні тужавіння 90 діб, оскільки прийнято, що ґрунтоцемент саме в цьому віці набирає експериментальну міцність. Кореляційні рівняння відповідно міцності та модуля деформації для різних значень умісту цементу мають вигляд:

- R = 0,293і - 0,77, [МПа], при коефіцієнті кореляції r = 0,99;

- Е = 16,75і + 96,14, [МПа], при коефіцієнті кореляції r = 0,99.

При збільшенні вмісту цементу від 5 до 50% механічні характеристики ґрунтоцементу збільшуються за лінійною залежністю. Цим самим доведено, що конструктивну міцність ґрунтоцементу можливо регулювати за рахунок кількості цементу навіть до повної заміни ґрунту цементним розчином.

Визначення залежності механічних характеристик ґрунтоцементу від складу ґрунтів, тобто впливу вмісту глинистих частинок ґрунту на механічні властивості ґрунтоцементу, проводилося в лабораторних умовах на зразках другої серії. На цьому етапі досліджень характеристикою вмісту глинистих частинок у ґрунті прийнято число пластичності Ір. Зразки досліджувалися при терміні тужавіння 90 діб. Графіки набору міцності та модуля деформації ґрунтоцементу, отримані за результатами випробувань, подано на рисунку 8.

Кореляційні рівняння для різних значень умісту цементу мають вигляд:

- 15 % - Е = 451,01 - 7,345 Ір, [МПа], при коефіцієнті кореляції r = 0,99;

- 20 % - Е = 579,77 - 6,95 Ір, [МПа] , при коефіцієнті кореляції r = 0,99;

- 25 % - Е = 607,56 - 7,6 Ір, [МПа], при коефіцієнті кореляції r = 0,98.

Аналогічна (лінійна) залежність виявлена для міцності ґрунтоцементу:

- 15 % - R = 4,76 - 0,0845 Ір, [МПа], при коефіцієнті кореляції r = 0,97;

- 20 % - R = 6,18 - 0,0902 Ір, [МПа], при коефіцієнті кореляції r = 0,98;

- 25 % - R = 7,19 - 0,0733 Ір, [МПа], при коефіцієнті кореляції r = 0,99.

Експериментально встановлено, що у ґрунтів із меншим умістом глинистих частинок механічні характеристики вищі. Для виготовлення міцного ґрунтоцементу найбільш ефективними є піщані ґрунти з незначним умістом глинистих частинок.

Відомо, що наявність піщаних і гравійних частинок поліпшує механічні характеристики ґрунтоцементу, при цьому витрати цементу можна суттєво зменшити. Також при застосуванні піщаних частинок перемішування та ущільнення суміші полегшується. Це вказує на доцільність використання гранулометричних добавок (пісків, хвостів тощо) при закріпленні ґрунтів.

Визначення залежності механічних характеристик ґрунтоцементу від умісту добавок (пісків, хвостів) проводилося в лабораторних умовах на зразках третьої серії. Досліджувалися зразки з терміном тужавіння 28, 90, 365, 730 діб. За результатами випробувань побудуємо графіки залежності міцності та модулю деформації ґрунтоцементу від умісту піску (рис. 9) та від умісту хвостів при різному терміні тужавіння.

Шляхом проведення багатофакторного аналізу встановлено такі залежності:

а) міцності та модуля деформації ґрунтоцементу від умісту добавки - піску:

R = f (i, t)=0,08 і +0,0035 t +1,91, [МПа],

де коефіцієнт кореляції r = 0,938, критерії Фішера Fкрит = 3,59 та Fрозр = 62,33;

Е = f (i, t)=5,02 і +0,25 t +235,39, [МПа],

де коефіцієнт кореляції r = 0,876, критерії Фішера Fкрит = 3,59 та Fрозр = 33,62;

б) міцності та модуля деформації ґрунтоцементу від умісту добавки - хвости:

R = f (i, t)=0,11 і +0,0033 t +1,94, [МПа],

де коефіцієнт кореляції r = 0,934, критерії Фішера Fкрит = 3,59 та Fрозр = 58,45;

Е = f (i, t)=7,07 і +0,24 t +238, [МПа],

де коефіцієнт кореляції r = 0,893, критерії Фішера Fкрит = 3,59 та Fрозр = 33,61.

Оскільки Fрозр > Fкрит, то нульова гіпотеза відкидається, й одержані рівняння регресії приймаються статистично значущим. Гіпотеза про адекватність моделей підтвердилася.

Результати експерименту з виявлення впливу добавок ґрунтоцементу, зокрема піску і хвостів, при дослідженні широкого діапазону зміни добавок (0, 5, 10, 15, 20 %) на механічні характеристики ґрунтоцементу, виготовленого з покривного лесоподібного суглинку із числом пластичності Ір = 14 % (ґрунт 1), дозволяють зробити такі висновки: залежність між міцністю на стиск R і вмістом добавки (пісок, хвости) має лінійний характер; залежність між модулем деформації Е та вмістом добавки також має лінійний характер; при збільшенні терміну тужавіння ґрунтоцементу до двох років міцність і модуль деформації зростають, при цьому інтенсивність зростання приходає на 90 діб.

Визначення залежності механічних характеристик ґрунтоцементу від впливу часу проводилося в лабораторних умовах на зразках першої серії. Зразки досліджувалися при терміні тужавіння 10, 28, 90, 365, 730 діб.

Шляхом багатофакторного аналізу встановлено такі залежності:

а) міцність ґрунтоцементу від впливу часу має логарифмічну залежність, а від умісту цементу - лінійну

R = f (t, i) =1,47 ln t +0,26 і - 6,57,

де коефіцієнт кореляції r = 0,938, критерії Фішера Fкрит = 3,29 та Fрозр =97;

б) модуль деформації ґрунтоцементу має логарифмічну залежність, а від умісту цементу - лінійну

Е = f (i, t)=48,44 lnt +15,31 і - 127,61,

де коефіцієнт кореляції r = 0,938, критерії Фішера Fкрит = 3,29 та Fрозр = 281,62.

За даними досліджень [к.т.н. Ларцевої І.І.] у ПолтНТУ, визначено, що водонепроникність ґрунтоцементу, виготовленого з лесованого суглинку з додаванням 20 - 25% портландцементу, складає W12 - W14. Оскільки немає іншої методики, при визначенні водонепроникності ґрунтоцементів слід користуватися стандартами для бетонів, тобто проводити дослідження за методом “мокрої плями” чи експрес-методами.

З метою встановлення водонепроникних властивостей ґрунтоцементу на території Щемилівського кар'єру в м. Полтава за бурозмішувальною технологією були виготовлені вертикальні ґрунтоцементні елементи (ГЦЕ) діаметром 200 мм та довжиною 2,5 м. Елементи влаштовувалися у лесових просадочних суглинках першого горизонту. Кількість цементу, який подавався в ґрунт, склала 20 % від ваги сухого ґрунту, водоцементне відношення В/Ц = 1, кількість гідрофобної добавки Ramsinks - 2М склала 0,15 %, 0,2 %, 0,25 % від маси цементу. Ґрунтоцементні елементи були викопані з масиву та розпиляні на циліндри висотою 150 мм для подальшого випробування у лабораторних умовах.

Гідрофобна добавка Ramsinks-2М суттєво впливає на водонепроникність ґрунтоцементу, виготовленого за бурозмішувальною технологією з лесованого суглинку еолово-делювіального походження, тобто надає йому практично повної водонепроникності. Цей факт дозволяє використовувати ґрунтоцемент як гідроізолюючий матеріал для захисту будівельних конструкцій, що розташованих нижче від поверхні землі.

4. Математичне моделювання НДС буронабивної палі у ґрунтоцементній оболонці на дію вертикального і горизонтального навантаження та буронабивної палі на дію вертикального навантаження. Це здійснювалося за допомогою програмного комплексу “Plaxis 3D Foundation” в умовах просторової задачі

У розрахунках було прийнято такі передумови та параметри:

- модель ґрунту основи - пружно-пластична модель Мора - Кулона;

- матеріал палі - буронабивна залізобетонна паля з бетону класу В15, що в умовах даної задачі прийнята як лінійно деформоване тіло;

- матеріал оболонки - ґрунтоцемент - також має лінійну залежність між напруженнями й деформаціями.

Моделювання виконувалося для паль, для яких вихідні характеристики взяті з 2 дослідних майданчиків у м. Полтава, де проводилися статичні випробування.

При моделюванні НДС буронабивних паль у ґрунтоцементній оболонці було прийнято, що роботу бетону та ґрунтоцементу враховуємо лише на пружній стадії. Тому для ґрунтоцементу, як і для бетону, вихідними фізико-механічними параметрами були с, Е, . Значення цих параметрів були взяті з досвіду проектування закріплених основ, а питома вага ґрунтоцементу визначалася при проведенні лабораторних випробувань.

Розрахункова схема для визначення несучої здатності буронабивної палі у ґрунтоцементній оболонці (БНПОГЦ) являє собою область розміром 6,0х6,0х15,0 м з відповідними нашаруваннями ґрунтів, що різняться своїми характеристиками.

Унаслідок проведених досліджень доведено збільшення несучої здатності буронабивних залізобетонних паль, які влаштовуються у ґрунтоцементній оболонці, порівняно зі звичайними буронабивними залізобетонними палями.

Порівняння залежностей “осідання - навантаження”, отриманих за результатами моделювання і експериментальним шляхом, на дію вертикального й горизонтального навантажень показало достатній збіг результатів, розбіжність складає 2 - 17%. Це свідчить про правомірність вибору і використання пружно-пластичної моделі ґрунту та підтверджує достовірність установлених закономірностей зміни деформативних характеристик палі.

Використаний метод моделювання дозволив уперше виконати рішення поставлених задач за однією моделлю ґрунту без припущень, які раніше приймалися із експериментів.

5. Проект технічних умов до проектування фундаментів будівель і споруд на буронабивних палях в оболонці з ґрунтоцементу

У технічних умовах розглянуто особливості проектування запропонованих паль, технологічні вказівки з їх виконання та запропоновано методи контролю за їх виготовленням.

Практичне впровадження результатів досліджень здійснювалося на двох об'єктах у м. Полтава.

Підтверджено ефективність застосування буронабивних паль у оболонці з ґрунтоцементу при детальному економічному порівнянні чотирьох варіантів пальових фундаментів багатоповерхового житлового будинку в м. Полтава, найбільш поширених у практиці будівництва, що влаштовуються у нестійких ґрунтах. Економічний ефект становить 255 254 грн.

Висновки

бурозмішувальний ґрунтоцементний залізобетонний

Викладенні дослідження свідчать про розв'язання в дисертації наукової задачі з розроблення та впровадження конструкції комбінованої буронабивної залізобетонної палі в ґрунтоцементній оболонці. Вони дають змогу зробити такі висновки:

1. Вперше доведено на підставі детального вивчення методів улаштування буронабивних паль в нестійких ґрунтах, що найбільш суттєвим у технології виготовлення таких паль є забезпечення стійкості стінок свердловини при її проходженні, встановленні арматурного каркасу і заповненні свердловини бетоном. Навіть при наявності кріплення стінок металевою трубою є вірогідність виходу пливуна у привибійній зоні, тому що не завжди можливо занурити обсадну трубу нижче долота. Тому виникає необхідність створення більш надійної конструкції буронабивних паль, а також розроблення методів їх проектування та технології виготовлення.

2. Розроблено нову конструкцію комбінованої буронабивної палі в ґрунтоцементній оболонці, яка відрізняється тим, що спочатку за бурозмішувальним методом в слабкому ґрунті влаштовують ґрунтоцементний елемент більшого діаметра. Після початку тужавіння ґрунтоцементу, що настає через кілька діб, в елементі пробурюють свердловину меншого діаметру для створення ґрунтоцементної оболонки товщиною 125 - 150 мм. Така оболонка є надійним кріпленням стінок свердловини через високу водонепроникність ґрунтоцементу. В суху свердловину встановлюють арматурний каркас і бетонують її за допомогою бетонолитної труби.

3. На двох дослідних майданчиках, складених водонасиченими делювіальними відкладами, проведено влаштування дослідних комбіновані палі на двох дослідних майданчиках,. Через 7 діб після виготовлення ґрунтоцементного елемента в ньому буровим обладнанням для ґрунтів улаштовувалася свердловина на проектну глибину. У вибої свердловини залишається до 5 см зволоженого порошкоподібного ґрунтоцементного шламу, який при подаванні бетонної суміші насичується цементним молоком і складає з матеріалом палі єдине ціле. За одну годину до свердловин надходило не більше ніж 2 л води, що дозволило насухо встановити арматурний каркас та укласти бетон за допомогою бетонолитної труби. За необхідності водонепроникність ґрунтоцементу може бути підвищена за рахунок уведення гідрофобних добавок.

4. Проведені статичні випробовування комбінованих паль окремо на дію вертикальних і горизонтальних навантажень. Експериментально доведено, що наявність ґрунтоцементної оболонки збільшує несучу здатність комбінованої палі порівняно з буронабивною палею без оболонки на дію вертикального навантаження на 30 - 40%, а на дію горизонтальних навантажень - до 50 %. Розбіжність експериментальних даних із результатами, отриманими аналітичним шляхом, не перевищує 11 %.

5. Досліджено фізико-механічні властивості ґрунтоцементу залежно від літології ґрунтів, умісту цементу, добавок, терміну його тужавіння. Це дозволило розробити методику визначення характеристик ґрунтоцементу в залежності від цих факторів та використати їх при складанні розрахункових схем системи “комбінована паля - основа”, проведенні розрахункових експериментів з визначення напружено-деформованого стану системи, що розглядається, а також для розроблення технології виготовлення залізобетонних буронабивних паль у ґрунтоцементній оболонці.

6. Для оцінювання напружено-деформованого стану НДС системи “комбінована паля - основа”, використана пружно-пластична модель грунту. Зокрема, оцінка НДС при дії вертикального та горизонтального навантаження проводилась з використанням тривимірної (просторової) задачі. На підставі експериментальних досліджень властивостей ґрунтоцементу і випробовувань паль складені розрахункові схеми системи “комбінована паля - основа” та визначені вихідні дані для розрахунків.

7. За даними математичного моделювання напружено-деформованого стану системи “комбінована паля - основа” визначені залежності “навантаження - деформація” окремо на дію для вертикальних та горизонтальних навантажень. Зіставлення експериментальних і розрахункових залежностей показало їх достатню відповідність (розбіжність складає 2 - 17 %), що є свідченням про достовірність проведених досліджень.

8. Складені і впроваджені у будівництво „Технічні умови до проектування фундаментів будівель і споруд на буронабивних палях у оболонці з ґрунтоцементу”. Проведене економічне порівняння чотирьох варіантів фундаментів з використанням набивних паль різних конструкцій показало економічну ефективність упровадження комбінованої залізобетонної палі у ґрунтоцементній оболонці. Економічний ефект становить 255 254 грн. Вдосконалено існуючу методику визначення витрат енергоресурсів для оцінювання енергомісткості будівництва фундаментів з використанням ґрунтоцементу.

Література

1. До оцінки механічних властивостей ґрунтоцементу залежно від умісту його складових / М.Л. Зоценко, О.В. Борт, М.В. Бідношея, Р.В. Петраш // Зб. наук. праць (Галузеве машинобудування, будівництво). - Полтава: ПолтНТУ, 2007. - Вип. 19. - С. 44 - 52.

2. Пат. 312082 Україна, МПК Е 02 D 5/34. Спосіб улаштування буронабивної палі / О.В. Борт, М.В. Петруняк, Л.М. Зоценко, М. М. Зоценко. - № 200713108; заявл. 26.11.07; опубл. 25.03.08, Бюл. - 2008. - № 6.

3. Зоценко М.Л. Вплив на характеристики ґрунтоцементу литологічних особливостей ґрунту / М.Л. Зоценко, М.В. Петруняк // Будівельні конструкції: міжвід. наук.-техн. зб. - К.: НДІБК, 2008. - Вип. 71, кн. 2. - С. 27 - 35.

4. Лапін М.І. Оцінка напружено-деформованого стану системи “буронабивна паля в ґрунтоцементній оболонці - основа” / М.І. Лапін, М.В. Петруняк // Зб. наук. праць (Галузеве машинобудування, будівництво). - Полтава: ПолтНТУ, 2008. - Вип. 22. - С. 38 - 43.

Размещено на Allbest.ru