Формирование искусственного основания фундаментов на подработанных территориях

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 69:624.138.24

Формирование искусственного основания фундаментов на подработанных территориях

Ивлиева Е.О., Фурдей П.Г., асп. ДонГТУ, г. Алчевск, Украина

На сегодняшний день для шахтерских регионов актуальна проблема строительства новых и эксплуатации существующих зданий и сооружений, которые вынуждены проводить на площадках со сложными инженерно-геологическими условиями, обусловленными подработанностью и обводненностью. В таких случаях для обеспечения качественного строительства необходимо применять инженерные мероприятия по защите зданий и сооружений от неравномерных деформаций, весьма перспективным из которых является устройство надежных искусственных оснований например, стабилизирующей глиношлаковой подушки [1] . К основным преимуществам создания такого основания относятся его низкая стоимость, обусловленная использованием в качестве основного тампонажного материала дешевых композиционных суспензий, простота технологии, а также долговременность использования.

Выполненные исследования реологии и кинетики структурообразования глиношлаковых растворов позволили их отнести к классу вязкопластичных жидкостей. В составе этих растворов в качестве базовой суспензии использовали молотый гранулированный доменный шлак (ОАО «АМК»), добавкой служит бентонитовый глинопорошок, а затворителем - вода. На основании результатов проведенных исследований за 15 суток растворы достигали пластической прочности более 580 кПа и удовлетворяют основным требованиям к тампонажным материалам [2].

Этапы расчета параметров искусственного основания фундаментов сводилась к следующему: проведение геологического исследования грунтового массива на предмет определения основных зон нарушений; инженерный расчет параметров распространения глиношлакового раствора, давления нагнетания и общего объема тампонажно-закладочного раствора; выбор технологической схемы формирования искусственного основания.

Следует также отметить, что в зависимости от плана фундамента и конструктивных особенностей здания формирование искусственного основания происходит через несколько тампонажных скважин, расположенных по специальной схеме.

Анализ геологических разрезов в основаниях фундаментов зданий на подработанных территориях шахтерских городов позволил разделить их на три типа. искусственный фундамент геологический сооружение

Целью данной статьи является анализ общей методики расчета основных параметров формирования искусственного основания фундаментов в инженерно-геологических условиях строительства и эксплуатации зданий и сооружений Донбасса.

Для геологического разреза первого типа характерны покровные отложения мощностью 100 м и более. Они, как правило, представлены песчано-глинистыми грунтами. В результате разработки полезных ископаемых в грунтовом массиве образовались зоны разуплотнения, что послужило причиной снижения прочностных и увеличения фильтрационных характеристик грунта. Вопрос инъекции вязкопластичных растворов в деформируемые зоны разуплотненных дисперсных грунтов рассмотрен в [3], где для полной стабилизации деконсолидированного массива предложено инъецирование в разуплотненную зону через скважину вязкопластичного раствора. За счет такого подхода в наиболее слабых местах грунтового массива происходит гидрорасчленение грунта, образуются разнонаправленные каналы течения, заполняемые вязкопластичным раствором, что приводит к фильтрационному уплотнению дисперсных грунтов разуплотненной зоны и их переходу из деконсолидированного состояния в консолидированное (рисунок 1, а).

а)

б)

Рисунок 1 - Модель процесса тампонажа вязкопластичным раствором (для одной скважины): а - зоны разуплотненного грунта; б - зоны с системой трещин

Основные технологические параметры и расчетные формулы приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные параметры формирования искусственного основания в разуплотненных грунтах

В таблице обозначено: объемный вес скелета грунта, Н/м³; коэффициент пористости грунта (уплотненного и разуплотненного); давление раствора в скважине, Н/м²; давление тампонажного раствора, Н/м²; коэффициент консолидации грунта; коэффициент площадочного разуплотнения; коэффициент вертикального разуплотнения; коэффициент запаса раствора; коэффициент, учитывающий перекрытие эффективных контуров распространения раствора.

Второй тип геологического разреза представлен скальными и полускальными породами каменноугольного возраста, выходящими на поверхность земли или перекрытые четвертичными отложениями незначительной мощности. Геологический разрез этого типа представлен характерными для Донбасса ритмичным чередованием песчаников, сланцев песчаных и глинистых, с подчиненными по мощности пластами известняков и углей.

Образование складчатых и разрывных форм обусловило широкое развитие эндогенной трещиноватости пород, характерной для всего разреза карбона (рисунок 1, б). В верхней части разреза развита зона выветривания, в пределах которой на эндогенную трещиноватость наложены трещины выветривания. Мощность зоны выветривания составляет 30-150 м. Наименьшую мощность она имеет в антрацитовых районах и характеризуется относительно умеренной трещиноватостью. В целом, породы зоны выветривания характеризуются невысокой прочностью (1-50 МПа), интенсивной трещиноватостью и высокой пористостью (до 20-25%).

Основные параметры формирования искусственного основания в трещиноватых горных породах и расчетные формулы приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные параметры формирования искусственного основания в скальных трещиноватых грунтах

В таблице обозначено: перепад давления в системе «скважина - проницаемый горизонт», МПа; раскрытие трещин, м; угол наклона трещин; радиус распространения вязкопластичного раствора, м; мощность проницаемой зоны, м; значение скважности, д. ед..

Третий тип геологического разреза встречается на территориях ликвидированных угольных шахт с полным затоплением выработанного пространства, что наиболее характерно для шахтерских городов Луганского региона. В результате этого происходит изменение трещиноватости массива и прочностных свойств пород, а также активизация геомеханических процессов за счет гидродинамического воздействия на массив. Следовательно, при затоплении шахт происходит нарушение геомеханического равновесия в массиве, что приводит к сдвижению горных пород. Формирование стабилизирующей подушки (рисунок 2) на контакте покровных и коренных отложений из глиношлакового раствора, позволяет минимизировать деформационный процесс поверхности земли.

Рисунок 2 - Схема формирования стабилизирующей подушки (для одной скважины)

Мощность стабилизационной подушки, глубина ее заложения выбираются в зависимости от конкретных горно-геологических условий (глубина залегания геологических нарушений, его амплитуды, зоны влияния). Основные расчетные формулы параметров формирования подушки представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Основные параметры формирования стабилизирующей подушки на контакте покровных и коренных отложений

В таблице обозначено: коэффициент перегрузки, учитывающий неоднородность массива, в практических расчетах равен 1,1 - 1,5; максимальное давление нагнетания тампонажного раствора, МПа; коэффициент анизотропии пород; динамическое напряжение сдвига раствора; предел прочности на скалывание затампонированной породы, в практических расчетах принимается равным 2 - 3МПа.

Таким образом, полученные основные параметры формирования искусственного основания фундаментов позволяют в разных геологических условиях рассчитать стабилизирующую подушку, которая обеспечивает увеличение прочности основания, а также дает возможность управлять напряженно-деформированным состоянием горного массива за счет напорной инъекции глиношлакового раствора.

Библиографический список

1. Должиков П. Н. Новые геомеханические процессы и их нейтрализация на подработанных территориях Донбасса / П.Н. Должиков // Вестник МАНЭБ т.13. - 2008. - №4. - С. 108-111.

2. Кипко Э.Я. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт: учеб. пособ. / [Э. Я. Кипко, П. Н. Должиков, Н. А. Дудля, А. Э. Кипко и др. - 2-е изд., перераб. и доп.]. - Днепропетровск: Национальный горный ун-т., 2004. - 367 с.

3. Должиков П.Н. Физика движения вязкопластичных тампонажных растворов: монография / П.Н. Должиков, А.Э. Кипко. - Донецк: Вебер, 2007. - 238с.

Размещено на Allbest.ru