авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Основы и методы реализации глубинного уплотнения слабосвязных грунтов оснований для возведения сооружений

На правах рукописи

МИНАЕВ Олег Петрович ОСНОВЫ И МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ ГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ СЛАБОСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ СООРУЖЕНИЙ Специальность 05.23.02 – Основания и фундаменты, подземные сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» Актуальность работы. Механическое уплотнение грунтов является эффективным приемом улучшения физико-механических свойств осно ваний в грунтовых сооружениях, как отмечают в своих работах, выдаю

Научный консультант:

щиеся и известные ученые отечественные: Герсеванов Н.М., Флорин Академик РАН, доктор технических наук, профессор В.А., Маслов Н.Н., Савинов О.А., Иванов П.Л., Далматов Б.И., Березанцев Васильев Юрий Сергеевич В.Г., в том числе ныне работающие: Ильичев В.А., Абелев М.Ю., Тер Мартиросян З.Г., Бадьин Г.М., Бугров А.К., Мангушев Р.А., Гольдин А.Л.,

Официальные оппоненты:

Улицкий В.М., Курбацкий Е.Н., Уздин А.М., Белаш Т.А., Дудлер И.В., Доктор технических наук, профессор Крутов В.И. и зарубежные профессора: Терцаги К. (Austria – USA), Dem Беляев Вячеслав Семенович – ОАО «26 ЦНИИ» (г. Санкт-Петербург) bicki E. (Poland), Seed H.B. (USA), Ishihara K. (Japan), Жусупбеков А.Ж.

Доктор технических наук, профессор (Казахстан), Усманов Р.А. (Таджикистан) и другие. Уплотнение грунтов Ставницер Леонид Рувимович – Научно-исследовательский, позволяет существенно увеличить несущую способность основания и проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт крутизну откосов грунтовых сооружений, уменьшить фильтрацию как в оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова пределах всего сооружения, так и через отдельные его элементы, обеспе (г. Москва) чить устойчивость структуры грунтов при воздействии динамических (сейсмических, волновых, фильтрационных и т.п.) нагрузок и т.д., тем Доктор технических наук, профессор самым, повысить надежность и экономичность оснований и сооружений.

Уздин Александр Михайлович – Петербургский государственный Уплотнению подвержен широкий спектр грунтов оснований и со университет путей сообщения (г. Санкт-Петербург) оружений. Несвязные и слабосвязные грунты* уплотняются эффективно только динамическим воздействием.

Ведущая организация По данным профессора П.Л. Иванова к слабосвязным (аналогично Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) малосвязным) грунтам относятся грунты с индексом пластичности менее (г. Москва) 2 4%. Это зависит, прежде всего, от реакций этих грунтов на динамиче ские воздействия. При динамическом воздействии на слабосвязные водо насыщенные грунты имеют место два ярко выраженных процесса, вначале

Защита состоится _ 2011 г. в часов происходит их разжижение, а затем гравитационное уплотнение.

на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 512.001. Отечественные и зарубежные ученые заложили теоретические ос при ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» по адресу:

новы динамических методов уплотнения и лабораторными эксперимен 195220, Санкт-Петербург, Гжатская ул.,21, аудитории № 406-407.

тальными исследованиями доказали их эффективность.

Для уплотнения грунтов основания мощностью (более 2 м) должны применяться глубинные методы динамического уплотнения.

Однако, технические решения по их практическому применению име

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ют значительные недостатки, что потребовало их совершенствования.

ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева».

При этом применение динамических методов уплотнения существенно ограничивается возбуждаемыми сейсмодинамическими воздействиями, не благоприятно влияющими на близлежащие здания и сооружения.

Автореферат разослан «_» 2011 года * Под термином «несвязные» и «слабосвязные» грунты специалисты

Ученый секретарь диссертационного совета, обычно понимают песчаные грунты, иначе грунты с незначительными струк турными связями.

кандидат технических наук Иванова Т.В.

Задача по подготовке слабосвязных грунтов оснований актуальна для 1. Сравнительными теоретическими исследованиями и полевыми ис возведения дамб и грунтовых плотин в гидроэнергетическом строительстве, пытаниями доказать эффективность метода последовательного взрывания при устройстве оснований на намывных территориях для гражданского и зарядов по сравнению с одновременным.

промышленного строительства, в мостостроении, в дорожном и других ви- 2. Сравнительными теоретическими и полевыми исследованиями дока дах строительства. зать преимущества двухмассных тяжелых трамбовок различных вариантов исполнения, в том числе по сравнению с традиционными одномассными.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка новых 3. Сравнительными теоретическими и натурными исследованиями технических решений по совершенствованию глубинных методов динами доказать преимущества применения для уплотнения грунтов модернизи ческого уплотнения песчаных грунтов оснований для возведения сооруже рованного виброуплотнителя по сравнению с установкой конструкции ний и расширения области их применения для других слабосвязных грун ВНИИГСа.

тов сооружений.

4. Теоретическими и лабораторными экспериментальными исследо Научная новизна работы заключается в разработке научно обосно ваниями доказать эффективность защиты близлежащих зданий и соору ванных новых эффективных технических решений глубинных методов уп жений при аэрировании грунта по периметру основания, уплотняемого лотнения слабосвязных грунтов оснований для возведения сооружений, в глубинными динамическими методами.



частности.

5. Проанализировать результатами сравнительных полевых испыта 1. Метода последовательного взрывания зарядов при уплотнении ний различных методов зондирования для оценки качества уплотнения песчаных грунтов оснований (Пат. № 2060320 РФ, Способ уплотнения песков в подводной зоне укладки.

слабосвязных грунтов взрывами).

6. Обосновать необходимыми теоретическими и экспериментальны 2. Метода уплотнения песчаных грунтов оснований тяжелой двух ми исследованиями эффективность применения глубинных динамических массной трамбовкой (Пат. и а.с. №№ 1770525 РФ, Рабочий орган для ди методов для уплотнения зольных и гравийно-галечниковых грунтов, ук намического уплотнения грунтов и 1320329, Способ уплотнения грунта ладки песчаных грунтов в интенсивно движущийся поток жидкости и для трамбованием).

заполнения пор каменной наброски и горной массы песком оснований для 3. Метода уплотнения песчаных грунтов оснований модернизирован возведения сооружений.

ной виброустановкой типа «елочка» (Пат. № 2135690 РФ, Способ глубин 7. Внедрить разработанные новые технические решения глубинного ного виброуплотнения песчаных грунтов).

уплотнения песчаных оснований для возведения сооружений на гидротех 4. Метода защиты близлежащих зданий и сооружений при использо ническом объекте общегосударственного значения – комплексе защитных вании динамических методов глубинного уплотнения путем аэрирования сооружений г. Санкт-Петербурга от наводнений.

водонасыщенного грунта по периметру уплотняемого основания (Пат. № 8. Разработать рекомендации и итоговые выводы по результатам вы 1770526 РФ, Способ уплотнения грунта).

полненных исследований.

5. Проведена оценка экспериментальными полевыми исследованиями Достоверность и обоснованность полученных результатов прове различных методов зондирования уплотненных водонасыщенных песков денных исследований основаны на соответствии теоретических разрабо оснований и даны рекомендации по их применению.

ток данным лабораторных и полевых исследований, данных широкого 6. Обоснована эффективность применения разработанных новых тех внедрения в практику строительства, рассмотрении выполненных исследо нических решений глубинного уплотнения оснований для возведения со ваний и разработок на представительных конференциях, научных семина оружений из песчаных грунтов и других слабосвязных грунтов (зольных и рах и чтениях на протяжении около 30 лет работы автора над докторской гравийно-галечниковых, каменной наброски и горной массы с порами за диссертацией.

полненными песком) в различных видах строительства.

7. Внедрены новые технические решения глубинного уплотнения Практическая ценность результатов работы заключается в широ песчаных грунтов оснований для возведения сооружений различного на- ком внедрении разработанных методов глубинного уплотнения песчаных значения. грунтов оснований (взрывами, тяжелыми трамбовками, глубинного вибро Задачи исследований. Для достижения намеченной цели необхо- уплотнения) на строительстве комплекса защитных сооружений Санкт димо было решить следующие задачи, результаты выполнения которых Петербурга от наводнений и разработки и исследований принципиальных выносятся на защиту: предложений с реальной перспективой их внедрения на строительстве раз 2 личных гидротехнических сооружений и других объектов гражданского, Б.Е.Веденеева (23 октября 2008 г.);

на заседании кафедры «Подземные промышленного, дорожного и др. видов строительства. сооружения» Московского государственного университета путей сооб щения (МИИТ) (20 января 2011 г.), на расширенном заседании кафедры Личный вклад автора в получении результатов, изложенных в «Подземные сооружения, основания и фундаменты» СПб ГПУ (26 апреля диссертации, заключается в анализе недостатков известных глубинных 2007 г.) и (11 марта 2011 г.).

методов уплотнения грунтов оснований и обосновании преимуществ пред Публикации. Автор диссертации имеет более 40 работ по направ ложенных технических решений глубинного уплотнения оснований для лению исследований в области оснований и фундаментов, механики возведения сооружений, разработке новых технических решений глубин грунтов, из них более 30 научных работ непосредственно по теме пред ных методов уплотнения грунтов оснований, методическом обеспечении ставленной диссертации. Основные 20 наиболее значимых публикаций исследований, проведении теоретических исследований, лабораторных по теме диссертации представлены в данном автореферате, в том числе опытов и полевых испытаний, мониторинге вновь намываемых и отсыпае 10 публикаций из Перечня ВАК РФ ведущих рецензируемых научных мых грунтов оснований с перспективой и внедрением разработанных тех журналов и 7 патентов и авторских свидетельств на изобретения, прирав нических решений глубинных методов уплотнения оснований для возведе ниваемые к публикациям Перечня ВАК.

ния, прежде всего, гидротехнических сооружений и в других видах Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, строительства для уплотнения грунтовых оснований, в частности на на семи глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы (192 на мывных территориях.

именования), приложения, включающего сравнительные расчеты глубин Личный вклад автора по специальности докторской диссертации и зон виброуплотнения грунта, достигаемой плотности грунта основания подтверждается семью публикациями в журнале «Основания, фундамен при использовании виброустановки конструкции ВНИИГСа и модерни ты и механика грунтов»;

при этом личный вклад автора в опубликован зированной конструкции виброуплотнителя, материалы фактического и ных статьях составляет от 50 до 100%. Автор является первым по списку перспективного внедрения.

соавторов в патентах и авторских свидетельствах на изобретения, что Работа общим объемом 393 стр., содержит 96 рисунков и 23 таб подтверждает ведущую роль в выполненных разработках.

лицы, приложение на 21 стр.

Автор выражает глубокую благодарность коллегам в научных и учебных организациях работникам подрядных и проектных организаций, СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

служб заказчика, с кем ему пришлось взаимодействовать в процессе ра боты над диссертацией и внедрения ее результатов. Во введении излагается основное направление исследований, при ведены сведения о структуре и объеме диссертационной работы.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссерта ционных исследований представлялись и докладывались автором на VI и В первой главе обоснована актуальность темы для гидротехниче VII Всесоюзных конференциях «Динамика оснований, фундаментов и ского и других видов строительства, приведен обзор предшествующих надземных сооружений» (г. Нарва, 13 октября 1985 г. и г. Днепропет- разработок авторов по глубинному динамическому уплотнению грунтов ровск, 2527 сентября 1989 г.);

на VIII Международной конференции оснований, ставятся задачи работы.

«Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений» (г. Таш- Отсыпка и намыв песчаных грунтов оснований в тело дамб и пло кент, 2527 сентября 1994 г.);

на заседании объединенного Совета лабо- тин, образование новых территорий путем намыва массивов песчаных раторий № 136 и 137 ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева (04 сентября 1987 г.);

на грунтов оснований на слой слабых пойменных, в основном глинистых заседании секции «Основания и грунтовые сооружения» ВНИИГ им. грунтов, устройство песчаных подушек при замене грунтов (илов, торфов Б.Е.Веденеева (27 декабря 1993 г.);

на вторых – шестых Савиновских и т.п.), практически непригодных для использования в качестве грунтов чтениях в Петербургском государственном университете путей сообще- основания, и т.д. широко применяется в строительстве.

ния и ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева (Санкт-Петербург, 2326 июня 1997 г., Не останавливаясь на очевидной необходимости уплотнения пес 2730 июня 2000 г., 29 июня – 02 июля 2004 г., 29 июня – 03 июля чаных грунтов оснований (как впрочем, и других) при их отсыпке «насу 2007 г., 29 июня 02 июля 2010 г.);

на Международной конференции по хо» отметим следующее.

геотехнике (Санкт-Петербург, 16 19 июня 2008 г.);

на расширенном Анализ состояния водонасыщенных песчаных грунтов оснований, намываемых свободным намывом и отсыпкой под воду показывает, что заседании секции «Основания и грунтовые сооружения» ВНИИГ им.

4 независимо от гранулометрического состава они укладываются с плотно- Известны исследования и отечественный опыт (Хархута Н.Я., стью скелета в рыхлом сложении или близкой к этому. Относительная Ставницер Л.Р., Костельов М.П., Галицкий В.Г., Лычко Ю.М., Сваров плотность песков подводного намыва оснований составляет JД = 0,1 0,3;

ский В.Н. и др.) применения тяжелых трамбовок для уплотнения мало причем наиболее рыхлое сложение дают нижние слои подводного намыва влажных грунтов оснований.

и отсыпки. С 70-х годов, благодаря широко разрекламируемому зарубежному При строго организованном надводном намыве может быть достиг- опыту уплотнения грунтов оснований мощной толщи тяжелыми и сверх нута плотность укладки песков оснований JД = 0,4. Однако последующие тяжелыми трамбовками фирмы «Луи Менар» (Франция), интерес этому перемещения осушенных масс песков при планировке основания способ- методу вновь возрастает и в нашей стране.

ствует их разрыхлению и очень рыхлой укладке. В практике строительства уже применялись тяжелые и сверхтяже лые трамбовки массой 10 40 т, в отдельных случаях даже 200 т, сбра При возведении дамб и плотин из песчаных грунтов, бетонных со оружений и зданий на формируемых песчаных площадях, прокладке ин- сываемые с высоты от 10 до 40 м.

женерных сетей в их теле, строительстве дорог и устройстве железнодо- Впервые в нашей стране метод динамического уплотнения водона рожных путей на них и т.п. требуется уплотнение грунтов до заданной сыщенных грунтов оснований мощной толщи (до 10 м) был применен в проектной плотности. начале 80-х годов на строительстве Загорской ГАЭС (Зарецкий Ю.К., По данным проф. П.Л. Иванова, только уплотнение песчаных грунтов Вуцель В.И., Гарицелов М.Ю. и др.) при подготовке основания дамбы оснований до относительной плотности JД 0,6 гарантирует устойчивость верхнего бассейна.

их структуры от большинства динамических и, тем более, статических воз- Для уплотнения просадочных лессовых грунтов основания (Раби действий. Разжижение песчаных грунтов основания становится маловероят- нович И.Г., Багдасаров Ю.А. и др.) была апробирована трамбовка в 24 т, ным, грунт практически не реагирует даже на взрыв. сбрасываемая с высоты 9,5 м.

Кроме того, исключаются неравномерные осадки основания, его В настоящее время для динамического уплотнения оснований во просадки, образование воронок и т.п. в слое грунта основания при воз- всем мире используются одномассные трамбовки.

действии динамических (сейсмических, волновых, фильтрационных и Недостатком одномассных тяжелых трамбовок является тот факт, т.п.) нагрузок на грунты песчаного основания. что увеличение глубины уплотнения основания может достигаться толь К настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработаны ко при увеличении массы и высоты сбрасывания такой трамбовки и, как следующие методы уплотнения песчаных грунтов оснований. следствие, необходимости применения все более мощных, дорогостоя Сейчас в отечественной практике наибольшее распространение щих и дефицитных грузоподъемных механизмов.





получили вибрационные катки зарубежного производства. Применение Кроме того, при взаимодействии таких трамбовок с поверхност виброкатков позволяет обычно обеспечить уплотнение грунтов основа- ным слоем грунтов основания образуются значительные зоны сдвига, ний слоями по 30 50 см. приводящие к выпору и разрыхлению грунта на глубину 2 4 м, и следо Для глубинного динамического уплотнения грунтов оснований в вательно, значительным неэффективным потерям энергии.

практике строительства используются взрывной метод, тяжелыми трамбов- Впервые в 1987 году разработанная в мировой строительной прак ками и вибрационной установкой конструкции ВНИИГСа. Другие методы тике и опробированная на строительстве КЗС автором диссертации тяжелая уплотнения оснований либо исследованы в лабораторных и полевых опытах, двухмассная трамбовка наряду с исключением выпора песчаного грунта ос либо апробированы в единичном случае в строительстве. нования позволила увеличить объем втрамбованного песчаного грунта и Выбор того или иного метода уплотнения основания определяется, глубину уплотнения основания на 30% по сравнению с одномассной трам прежде всего, грунтовыми условиями и площадью обрабатываемого участ- бовкой при одинаковой их массе и высоте сбрасывания. При этом как пока ка основания. Технико-экономические показатели различных методов ди- зали теоретические исследования достижение той же глубины уплотнения намического уплотнения оснований представлены в диссертации. основания одномассной трамбовкой может быть получено только при уве Инициаторами метода уплотнения грунтов оснований тяжелыми личении массы или высоты ее сбрасывания в 1,5 – 2 раза.

трамбовками являются российские специалисты. Еще в 50-е годы в НИИ Однако испытания первоначального варианта двухмассной трам оснований и подземных сооружений Ю.М.Абелевым и В.Б.Швецом была бовки выявили недостатки её конструктивного исполнения, приводящие к разработана инструкция по поверхностному уплотнению оснований тя- существенной неравномерности осадок грунта основания под наружной и желыми трамбовками. внутренней частями этой двухмассной трамбовки.

6 был создан П.Д.Лобасовым в 1960 году во ВНИИГСе (Всесоюзный С 1949 г. уже более 60 лет кафедра «Подъемные сооружения, ос ВНИИ гидромеханизации, санитарно-технических и специальных строи нования и фундаменты» Санкт-Петербургского политехнического уни тельных работ).

верситета является признанным лидером в области разработки метода Данная разработка базировалась на богатом опыте крупнейших уплотнения слабосвязных грунтов оснований взрывами.

российских специалистов в области вибротехники, в частности погруже Первые опытные работы в натурных условиях на водонасыщенных ния свай виброметодом, Д.Д. Баркана и О.А.Савинова и теории вибраци песках были выполнены П.Л.Ивановым под руководством В.А.Флорина онных процессов (И.И.Блехман, И.И.Быховский, Ю.И.Нейрмак и др.).

на строительстве Волжской ГЭС, а в дальнейшем – под руководством Анализ известного опыта уплотнения песчаных грунтов оснований П.Л.Иванова его учениками и сотрудниками (Крутов А.П., Трунков Г.Т., виброустановкой ВУУП-6 конструкции ВНИИГСа показывает, что тол Горелик Л.Ш. и др.) на многочисленных объектах гидротехнического щина уплотняемого слоя основания составляет 4 6 м. После уплотнения строительства.

Уплотнению подвергался широкий спектр слабосвязных грунтов относительная плотность основания достигала значительных величин (JД = 0,75 0,96), а угол внутреннего трения грунта 45о.

оснований: от пылеватых супесей до среднезернистых песков, галечника и каменной наброски. Глубина уплотняемого слоя основания может быть увеличена при Родоначальником взрывного метода уплотнения просадочных лёс- использовании в качестве вибровозбудителя взамен вибропогружателя совых грунтов оснований является И.М.Литвинов в Украине. В-401 (конструкции О.А.Савинова и А.Я.Лускина) более мощного ВШ- В последствии они получили развитие Аскаровым Х.А. и Ядгаро- конструкции ВНИИГСа (М.Г.Цейтлин, В.В.Верстов, Г.Г.Азбель) или вым З.Х., Тахировым И.Г., Рузиевым А.Р. и Усмановым Р.А., Мусаэля- сверхмощных зарубежного производства (фирм «Soilmec» Италия, ном А.А. и Вильфендом А.Г. для уплотнения таких грунтов в Таджики- «Мюллер» Германия).

стане и Узбекистане. Однако, данные вибропогружатели при их использовании для ука За рубежом широкое использование взрывного метода уплотнения занных целей значительно уступают вибропогружателю В-401.

оснований начинается только с 1960 г. фирмами США на различных объ- В связи с этим является актуальный поиск других направлений со ектах как в самой стране, так и за ее пределами. вершенствования данного метода уплотнения, в частности, путем совер В 70-е годы взрывной метод уплотнения, получает дальнейшее шенствования конструкции уплотнителя.

развитие в Польше под руководством проф. Dembicki E. Материалы обзора литературных источников и накопленного опыта С осени 1986 года под научно-методическим руководством показывают, что в настоящее время имеются предложения по совершенст П.Л.Иванова начинается внедрение метода взрывного уплотнения песча- вованию конструкции виброуплотнителя. Данные совершенствования на ных грунтов оснований на строительстве КЗС комплекса защитных правлены как на повышение жесткости виброуплотнителя (Светинский сооружений г. Санкт-Петербурга (Ленинграда) от наводнений. Е.В., Строганов А.С. и др.), так и расширение диапазона самого метода, в На практике наибольшее распространение получил способ глу- том числе для нагнетания закрепляющих растворов в грунты основания, бинных взрывов оснований. уплотнения тонко-дисперсных песков оснований (Дудлер И.В. и др.). Все Способ уплотнения грунтов оснований глубинными взрывами за- эти усовершенствования базируются на работе виброустановки конструк ключается в последовательном погружении на каждой захватке зарядов ции ВНИИГСа. Однако они сделаны без глубокого анализа процесса уп взрывчатых веществ (ВВ) на заданную глубину основания с определен- лотнения грунтов основания такой виброустановкой.

ным шагом. После погружения всех зарядов обычно производится мон- Проведенный автором диссертации анализ предшествующих работ таж сети и одновременный взрыв зарядов в каждой очереди. показал, что необходимо совершенствование существующих и разработ Количество очередей взрывов для достижения плотности основа- ка новых динамических методов глубинного уплотнения, прежде всего, ния JД 0,6 составляет 3 4. Это требует погружения до 100 зарядов на для слабосвязных, в том числе водонасыщенных грунтов оснований.

площади основания около 2000 2500 м2, что представляет основную Вторая глава посвящена исследованиям по уплотнению водона трудоемкость при уплотнении грунтов этим способом.

сыщенных грунтов оснований методом последовательного взрывания Однако совершенствование технологии погружения зарядов явля зарядов.

ется явно недостаточным для качественного улучшения самого метода.

На начальном этапе внедрения взрывного метода уплотнения пес Пространственный уплотнитель продольного вибрирования, полу чаных грунтов оснований на строительстве КЗС по результатам опытно чивший в дальнейшем общепринятое краткое название «виброелочка» 8 производственных испытаний и рекомендациям П.Л.Иванова предпочте- При этом вертикальные статические напряжения в скелете грунта основания на глубине с учетом взвешивающего действия воды опреде ние отдавалось методу одновременного взрывания зарядов в каждой оче реди. Считалось, что рекомендуемая последовательность взрывания спо- ляются как собствует наиболее эффективному разрушению структуры грунта за счет у ( гр ) ( s B )(1 n ) Z, (4) повышения интенсивности динамического воздействия при наложении где s, w – удельный вес грунта и воды;

n – пористость грунта ударных волн.

Данное соотношение П.Л. Иванова аналогично формуле По предложению автора диссертации были проведены сравни тельные теоретические и опытные испытания метода одновременного и к дин (1,а) ст последовательного взрывания зарядов.

Преимущества последнего, основывались как на учете известных профессора Сида из Калифорнии, именуемое им как коэффициент цик эффектов развития фильтрационных сил в процессе консолидации грунта лического нагружения, связывающего сдвигающие динамические нагру и прохождения ударной волны по частицам разжиженного и нестабили- жения дин. от внешней нагрузки и статические напряжения ст в скелете зированного грунта, так и на явлении многократного разрушения струк- грунта основания. Формула Сида используется для выявления условий туры грунта как в близлежащих зонах между взрывами зарядов, так и в опасного разжижения грунта основания при землетрясении.

пределах уплотняемого основания. Результаты наложения расчетных зон разжижения для двух рядом Поясним сказанное теоретическими исследованиями автора дис- расположенных зарядов по составленной программе на ПК показывают сертации по взаимодействию зон разжижения грунта при последователь- (рис. 1), что в промежутках между взрывами существует «мертвая» зона, ном взрывании зарядов. неподверженная разжижению грунта.

Согласно исследованиям П.Л.Иванова расчетная зона разжижения Расстояние между зарядами, м и последующего уплотнения грунта при взрыве единичного заряда опре деляется критическим соотношением Глубина основания, м ( pmax ) (1) к ( гр ) между давлением ударной волны от взрыва, передающейся на скелет грунта основания (рмах) и статическими напряжениями в скелете грунта (гр) на заданной глубине уплотнения основания.

В формуле (1) максимальное давление ударной волны, передающее ся на скелет песчаного грунта определяется по формуле В.А. Флорина ( m В n) pmax, (2) ( p ) Т max (T m B n СК ) Рис. 1. Характер зон разжижения грунта при последовательном взрыве двух где m = 1 n, т, в, ск – соответственно коэффициенты объемной рядом расположенных зарядов с интервалом времени t t упл :

сжимаемости минеральных частиц, воды и скелета грунта основания. 1 – зона разжижения грунта от взрыва первого заряда, 2 – тоже, второго заряда, К примеру, для характерных песков с пористостью n = 0,42 т = 3 – «мертвая» зона неподверженная разжижению грунта основания 0,510-4 МПа, в = 0,510-3 МПа и ск = 210-2 МПа величина (рмах) = При последовательном взрыве соседних зарядов с заданным ин 0,01 рмах.

тервалом времени, t меньшем, чем время консолидации tуп от взрыва Для водонасыщенных песков с незначительным содержанием в предыдущего заряда не только ликвидируется вышеуказанная неразжи них защемленного газа максимальное давление ударной волны (рмах) в женная зона, но и возможно повторное воздействие последующего заряда грунтах основания определяется по формуле Г.М.Ляхова.

на ранее консолидированный слой от взрыва предыдущего заряда (рис.2).

1. 3 С Это приводит к многократному разжижению и уплотнению в пределах, pmax 60,0 (3) R уплотняемого основания без увеличения массы единичного заряда и за данной глубины уплотнения основания.

где С – масса заряда ВВ, кг;

R – расстояние от центра заряда.

10 Расстояние между зарядами, м Глубина основания, м Рис. 3 Опытный участок уплотнения грунта основания последовательным взрыванием зарядов в каждой очереди.

Условные обозначения: круги [] – заряды 1-ой очереди, квадраты [ ] – заряды 2-ой очереди, кресты [Х] – заряды 3-ей очереди, треугольники [] – заряды 4-ой очереди.

Цифровые обозначения: в числителе - порядковые номера поверхностных марок, Рис. 2. Взаимодействие зон разжижения грунта при последовательном в знаменателе суммарная осадка грунта поверхности основания после четырех очередей взрывании двух рядом расположенных зарядов с интервалом t t упл : взрывов, в см 1 – зона разжижения грунта от взрыва первого заряда;

2 – тоже, в процессе консолида ции грунта за время t, после взрыва первого заряда;

3 – зона разжижения грунта от а) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 qз, М П а взрыва второго заряда с интервалом t = 0,3tупл;

4 – зона повторного разжижения грунта основания Для проведения полевых испытаний были выбраны на одной из дамб на строительстве КЗС два рядом расположенных участка основания.

На первой площадке основания производилось одновременное взрывание всех зарядов в каждой из четырех очередей, а на второй – последователь ное. Таким образом, на первой площадке одновременно взрывалось по зарядов, собранных в единую схему с помощью детонирующего шнура (ДШ). На второй площадке основания (рис.3) каждый заряд в очереди взрывался отдельно последовательным «обходом» взрывником всех мест б) 02 4 6 8 10 12 14 16 18 20 qз, М П а погружения зарядов. Разрыв между взрывами отдельных зарядов состав лял 3 5 (до 10) мин.

Геодезические измерения осадок поверхности основания показали, что величина относительной осадки на площадке последовательного взрывания после четырех очередей составила 0,052, а одновременного – 0,039 для средних осадок на карте уплотнения основания и 0,065 и 0, для максимальных осадок.

Очень убедительными были результаты статического зондирова ния основания, проведенные автором диссертации с привлечением треста ЛенТИСИЗ. На первой площадке (см. рис. 4,а) сопротивление внедрению Рис. 4. Результаты статического зондирования грунта песчаного основания острия зонда изменилось лишь на 2 6 МПа, а на площадке последова при одновременном (а) и последовательном (б) взрывании:

тельного взрывания (рис. 4,б) – увеличилось с 2 до 12 16 МПа, что сви- 1 – до взрыва;

2 – после взрыва всех зарядов (qз - сопротивление внедрению острия зонда;

детельствует о значительном уплотнении грунта основания. Н – глубина внедрения зонда в грунты основания) 12 Проведенные теоретические и экспериментальные исследования танном же варианте удар обеих частей двухмассной трамбовки произво позволили по формуле В.А.Флорина консолидации слоя грунта основа- дится непосредственно по грунту основания.

ния определить наиболее эффективный временной интервал между по следовательными взрываниями зарядов и границы грунтовых условий применения метода последовательного взрывания зарядов.

В результате было установлено, что эффект последовательного взры- 3 (Q ) вания зарядов в грунтах уплотняемого основания максимально проявляется в песках с коэффициентом фильтрации Кф = (0,510-2 110-3) см/с и значе ниях интервала времени между взрывами зарядов (групп зарядов) t = (0,25 2r 0,3) tуп, где tуп время уплотнения слоя грунта основания. 2 (Q ) Конкретный интервал tдолжен назначаться по результатам опытных работ, которые всегда должны предшествовать этапу производ- 2 r пл 4 (0,2 Q ) ственного уплотнения основания. 2r H=6r Проведенное последующее уплотнение песчаных грунтов методом последовательного взрывания зарядов на строительстве КЗС в объеме более 2,0 млн. м3 уплотненного грунта подтвердило эффективность уп лотнения водонасыщенных песков оснований этим методом. При этом Kz получены значения qз от 8 до 18 МПа (более 10 МПа при 90% обеспечен ности), что свидетельствовало об уверенном переводе мелких и средних Rпр Rпр песков в состояние средней плотности и плотное. 2 В третьей главе проведены сравнительные теоретические иссле дования и полевые испытания известного варианта тяжелой двухмассной Рис. 5. Конструктивная схема системы «двухмассная трамбовка – трамбовки и нового варианта ее конструктивного исполнения. грунт основания»:

Теоретические исследования местных пластических деформаций 1 – общий вид двухмассной трамбовки;

2 и 3 – соответственно, наружная и внутренняя грунтов основания были проведены на расчетной механической модели сис- отдельные ударные части;

4 – плита с направляющими;

5 – невесомая пробка упруго пластичного ограничителя перемещений темы «двухмассная трамбовка – грунт основания» (рис.5).

Результаты проведенных расчетов показывают, что величины ос В этой модели поверхностный слой грунта основания заменялся таточных осадок поверхности основания разработанного варианта двух упруго-пластическим ограничителем перемещений.

массной трамбовки всегда превышает таковые по сравнению с ранее из Коэффициент жесткости Кz этого ограничителя определялся по вестной, что свидетельствует о её большей уплотняющей способности.

методике О.А.Савинова, используемой при расчете фундаментов машин Кроме того, величины этих осадок, как под наружной, так и под с динамическими нагрузками, а предельное сопротивление вдавливанию внутренней её частями могут быть (при заданных рабочих параметрах) Rпр по формулам В.Г. Березанцева теории предельного равновесия;

при близки по величине, что повышает равномерность уплотнения грунта чем подсчеты Rпр для удара внутренней части двухмассной трамбовки основания под подошвой трамбовки.

производились с учетом пригрузки величиной q от наружной ее части.

Теоретическое обоснование интервала времени между ударами от Неупругие сопротивления колебаниям системы задавались модулем за дельных частей двухмассной трамбовки производилось исходя из сопостав тухания Фz.

ления зон уплотнения грунтов основания при взрыве и ударе трамбовки.

На данной модели были проведены сравнительные расчеты из При этом считалось, что удар второй части двухмассной трамбов вестного и разработанного варианта двухмассной трамбовки. Принципи ки должен производиться в момент времени завершения прохождения альное их отличие заключается в том (см. рис.5), что в известном вариан поперечных волн на полупространстве в зоне уплотнения первой части те удар первой части производится по грунту основания по всей площади двухмассной трамбовки, вызывающих сдвиговые деформации водона подошвы двухмассной трамбовки, а второй (внутренней) – через плиту, сыщенного песчаного грунта основания.

перекрывающую центральное отверстие в наружной ее части. В разрабо 14 На основании этого была получена зависимость для определения тырех метровым слоем маловлажного грунта) в качестве основополагающей интервала t, связывающая основные рабочие параметры двухмассной использовалась установка конструкции ВНИИГС.

Данная виброустановка включала вибропогружатель ВШ-1 и уп трамбовки (вес наружной ее части Q и высота сбрасывания H) и модуля лотнитель, к которому по всей длине уплотнения были приварены гори сдвига грунта основания различного гранулометрического состава песча зонтальные ребра. Вода к патрубку подавалась насосом с возможностью ных грунтов, в виде регулирования параметров производительности и напора с помощью за KQH, (5) t слонки. В качестве базовой машины использовался кран.

G При уплотнении грунтов основания выявилась невысокая надежность где K = 0,2 с2/м3;

G – динамический модуль сдвига грунта основания, этой виброустановки из-за частого выхода из строя вибропогружателя. По этому конструкция уплотнителя была изменена.

равный 32, 24, 18 МПа, соответственно для песков крупных, средних и Видоизменение конструкции уплотнителя заключалось в срезке мелких.

верхних горизонтальных ребер и сохранения их только на участке в 3, Кроме того, автором диссертации вводится ограничение интервала времени между ударами отдельных частей двухмассной трамбовки, по- 4,5 м в нижней части штанги, так как это показано на (рис.6) зволяющее исключить отскок наружной ее части при ударе с тем, чтобы Сравнительные теоретические исследования по виброуплотне использовать эффект пригрузки грунта основания массой наружной нию песчаных грунтов установкой конструкции ВНИИГСа и модерни ударной части при ударе внутренней для исключения выпора и разрых- зированной конструкцией виброуплотнителя производились на разра ления поверхностных слоев грунта основания. ботанной автором диссертации расчетной модели.

В проведенных теоретических исследованиях данный предельный интервал t2 задавался равным времени полного (удвоенной величины упругого и остаточного) перемещения наружной части двухмассной трамбовки за один цикл ее колебаний.

Разработанный образец нового варианта двухмассной тяжелой трамбовки прошел опытно-производственные испытания по уплотнению песков основания в объеме около 500 тыс.м3 на строительстве КЗС. Ос новные результаты уплотнения показали, что осадка грунта основания под подошвой двухмассной трамбовкой была практически одинакова и существенна. В результате уплотнения достигалась очень высокая плот ность грунтов основания в пределах уплотняемого слоя. Сопротивление внедрению острия зонда qз в целом превысило 14 20 МПа.

На основании данных полевых испытаний установлено соотноше ние масс внутренней и наружной ударных частей должно составлять 1: ( 1,5). При этом площади их подошвы должны находиться в пределах отношения 1: (1,5 3,0).

Проведенные теоретические исследования и полевые испытания позволили выработать рекомендации по назначению рабочих параметров разработанного варианта двухмассной трамбовки для заданных грунтов основания.

Рис. 6. Расчетные зоны и глубины уплотнения грунта основания:

В четвертой главе изложены исследования по уплотнению грун 1 – виброустановкой конструкции ВНИИГСа, тов оснований виброустановкой модернизированной конструкции.

2 модернизированным виброуплотнителем При поиске метода уплотнения песчаного грунта основания в теле В данной расчетной модели, основанной на результатах исследо дамбы на строительстве КЗС сразу на всю глубину уложенного слоя осно ваний О.А.Савинова. И.И.Блехмана по виброуплотнению сыпучих сред, вания 9 м (5 м водонасыщенного грунта в подводной зоне перекрытого че 16 автором диссертации для определения радиуса зоны наилучшего виб- Полученные теоретические зависимости позволили проведенны роуплотнения для заданной частоты колебаний вибропогружателя уста- ми расчетами установить (рис.6) возможность не менее, чем в 1,5 раза навливается критическая величина амплитуды колебаний А= Аr грунта, увеличить глубину уплотнения (с 6 м для виброустановки конструкции возбуждаемых виброуплотнителем в уплотняемом грунтовом массиве ВНИИГСа до 9,5 м при использовании виброуплотнителя модернизиро ванной конструкции) при сохранении зоны уплотнения, равной 3 м, А2 = (0,9 1) g, (6) неизменной.

где А – амплитуда вибрации;

круговая частота колебаний, g – уско- Достигаемая величина глубины уплотнения еще более увеличи рение свободного падения. вается в 2 раза (до 12 м) при уменьшении диаметра зоны уплотнения до При этом, согласно исследованиям В.А.Членова и Н.В.Михай- 2 м (рис.6), тогда как виброуплотнитель конструкции ВНИИГСа не мо лова, И.А.Кунина и В.Ф.Хона, учитывается, что для вязких сред ампли- жет быть даже погружен на данную глубину уплотнения при использо туда вибраций убывает с расстоянием от источника колебаний по экс- вании традиционного для этих целей вибропогружателя ВПП-2 конст поненциальному закону. рукции О.А.Савинова.

Теоретическая зависимость для расчета достигаемой плотности r Аr Аое грунта основания по величине его пористости при послойном виброуп (7) лотнении принимается автором диссертации по аналогии с зависимо стью В.А.Флорина для консолидации разжиженного слоя грунта под r, (8) r действием гравитационных сил после взрыва.

Аr A n o n Ао Ar t упл.

( 1 n1 ) K ф1, (10) n2 n где r расстояние от источника колебаний;

коэффициент опреде- r ляемый экспериментально.

где n2 и n1 –конечная и начальная пористость грунта;

Кф1 – начальность Известно, что амплитуда колебаний вибрирующего элемента Ао коэффициента фильтрации грунта;

tупл – время послойного виброуплотне приближенно определяется отношением величины вынуждающей силы ния;

, r1 = 1 м – толщина уплотняемого слоя эквивалентная одному метру.

Ро вибропогружателя к массе m вибрирующего элемента умноженной Однако, с учетом постоянного градиента напора уплотняемого на квадрат круговой частоты.

слоя грунта основания за время виброуплотнения, в данной формуле, Данная величина по предложенной автором диссертации умень опираясь на теоретические зависимости П.Л.Иванова, по предложению шается на величину динамического сопротивления грунта основания.

автора диссертации это учитывается увеличением времени консолида ции слоя грунта в 2 3 раза.

дин дин Pо P дин. Pо (Pтр Pлоб ), (9) Ао m2 (mв mупл )(2f ) t * ( 2 3 ) tупл. (11) где mв масса вибропогружателя;

mупл масса виброуплотнителя;

Pтр дин упл.

Проведенные расчеты для характерного графика виброуплотне сила динамического сопротивления трению;

Pлоб. сила динамического дин.

ния грунта установкой ВНИИГСа (рис.7) показали существенный раз лобового сопротивления.

брос данных по достигаемой плотности грунта с JД = 0,3 в нижележа При этом, согласно исследованиям М.Г.Цейтлина и В.В.Верс щем слое основания до JД = 0,9 к поверхности основания за счет значи това принимается, что при вибропогружении динамическое сопротив тельной разницы времени виброуплотнения по глубине уплотняемого ление снижается в 4,5 – 6 раз по боковой поверхности уплотнителя и в основания.

2,5 – 3 раза по его острию по сравнению со статическим сопротивлени Применение модернизированного виброуплотнителя (рис. 7 ) по стат стат ем трению Pтр по боковой поверхности уплотнителя и лобовому Pлоб зволяет выравнивать время виброуплотнения грунта по глубине уплот няемого основания и, тем самым, существенно сократить разницу ве его сопротивлению, определяемые по СНиПу 2.02-85 – Свайные фун личин пористости грунта при возможности достижения плотного сло даменты.

жения скелета песчаного грунта основания JД 0,6.

18 высоты h должен составлять (0,8 – 1,2) 10-1 см/см, а показатель плотности JД или qз (0,1 – 0,2) и (2 – 5) МПа.

Рис. 7. Графики времени виброуплотнения грунтов основания:

1 виброустановка конструкции ВНИИГСа;

2 и 3 модернизированный виброуплотни тель при высоте h размещения пространственных элементов виброуплотнителя в нижней части по штанге, равной соответственно 1/3 и 1/2 hуп, где hуп - глубина уплотнения Рис. 8. Сравнительные данные статического зондирования основания:

основания 1 – до уплотнения основания, Испытания модернизированного уплотнителя с вибропогружате- 2,3 – после уплотнения основания конструкцией ВНИИГС лем В-401 показали, что модернизированный уплотнитель легче погру Таким образом, проведенные теоретические исследования и опыт жается в грунт основания и извлекается из него.

но-производственные испытания показали, что предложенное новое тех По данным статического зондирования глубина уплотнения основа ническое решение позволяет при заданных параметрах вибропогружаю ния составила 9 м. При этом достигалось более равномерное уплотнение щих механизмов увеличить глубину и улучшить равномерность уплотне грунта как в центральной зоне основания, так и в радиусе 1,5 м. Кроме того, ния грунта.

грунт не разрыхлялся в центральной зоне вокруг уплотнителя за счет раз мыва поверхностного слоя песка основания напором воды. В пятой главе излагается метод защиты близлежащих зданий и Вышеуказанное наиболее наглядно подтвердим сравнением дан- сооружений от сейсмодинамического воздействия при использовании ных статического зондирования по оси погружения уплотнителя. глубинных динамических методов уплотнения грунтов оснований.

Как видно из рис. 8 до уплотнения сопротивление внедрению ост- Поясним сказанное схемой на рис. 9. В пределах рассматриваемого рия зонда в надводной зоне основания составляло от 3,5 до 8 МПа. После участка основания 1 по периметру зоны уплотнения 2 создается экран 3, уплотнения установкой конструкции ВНИИГС разброс данных по qз в представляющий собой аэрированный грунт основания, отличающийся целом и надводной зоне составлял от 1,5 до 25,5 МПа;

причем повыше- от характеристик грунта основания 2. Экран 3 создают с помощью по ние плотности в низлежащем слое по показателю qз не превышало 6,5 гружаемой вибратором 4 трубы в грунты основания 5, перфорироанной в МПа, а на глубину до 2 м от поверхности произошло снижение этого по- нижней своей части.

казателя до 1,5 МПа. В теоретических исследованиях для условия лабораторного экспе По данным статического зондирования (см. рис. 8) после уплотнения римента была рассмотрена задача о распространении упругих волн в по модернизированной установкой песчаного тела дамбы в объеме 300 тыс.м3 лубесконечном грунтовом стержне, содержащем низкомодульную упру сопротивление внедрению острия зонда qз повысилось в целом по всей глу- гую вставку. Полубесконечную часть стержня, расположенную за низко бине обрабатываемого слоя основания до 9 14 МПа. модульной вставкой, заменим эквивалентным демпфером.

Анализ проведенных исследований позволил определить, что раз- Решение задачи было осуществлено известным методом операци мещение h радиальных элементов уплотнителя в нижней его штанге онного исчисления.

должно назначаться в пределах (1,5 2) м h 0,5 Н, где Н – глубина В результате были получены выражения для вычисления смеще уплотнения основания, при этом коэффициент фильтрации Кф в пределах ний в сечениях первого и1 и второго и2 участков стержня.

20 Для проведения численных расчетов необходимо задать значения виброизмерительной аппаратуры ВИ6-5М. По согласованию с ВНИИГ динамических характеристик аэрированного грунта основания, в частно- Сом была использована аппаратура из лаборатории вибрации (зав. лабо сти модуля его упругости. раторией, проф. Цейтлин М.Г., измеритель Изофов В.О).

В результате расчетов с использованием полученной формулы ус- Датчики погружались в верхний слой грунта основания на различ тановлено соотношение, равное 40-60 раз, между Егр аэрированного во- ных расстояниях от центра удара трамбовки, производящихся в одном из донасыщенного песка при относительном содержании воздуха 10,0 = торцов бака.

Всего было проведено 6 опытов с записью более 200 осциллограмм.

0,05 и незначительным содержанием воздуха. Данные соотношения под Для характерной осциллографической записи ускорений колеба тверждаются экспериментальными исследованиями Г.М.Ляхова по рас ний поверхности грунта основания датчиками по обеим сторонам от се пространению волн при взрывах в водонасыщенных песчаных грунтах с чения, в котором производилось аэрирование грунта основания, макси содержанием воздуха менее 0,1% и при его содержании порядка 4%, ко мальные ускорения колебания в зоне уплотнения основания составляли торая составляет соответственно 1600 м/с и 200 м/с.

1158,2 мм/с2 при аэрировании грунта. Произведенные расчеты по форму ле А =W/ (2f )2, где А – размах смещений грунта основания, W, f уско рение и частота колебаний грунта основания, показали, что размах сме а) б) щений соответственно равен 59,6 мкм.

За пределами места аэрирования грунта основания произошло снижение ускорений колебаний до 700,3 мм/с2. Размах смещений соот ветственно уменьшился до 20,6 мкм, т.е. почти в 3 раза.

Воздух Во всех опытах получено совпадение результатов лабораторных A-A опытов с данными теоретических исследований для условий лаборатор ного эксперимента.

Учет в теоретических исследованиях затухания параметров волн деформаций при распространении от центра взрыва сосредоточенного заряда в полупространстве, в том числе в пределах толщи аэрированного А А слоя грунта, показывает уменьшение ускорений колебаний за аэриро ванным экраном по сравнению с его отсутствием в 6 15 раз, что соот ветствует снижению уровня балльности на 2 3 единицы по СНиПу для Рис. 9. Пояснительные схемы к изоляции грунтового массива путем сейсмического строительства.

аэрирования грунта:

Проведенные ориентировочные расчеты свидетельствуют, что бе а план площади подготавливаемого основания;

б схема осуществления процесса аэрирования грунта зопасное расстояние до близлежащих зданий и сооружений при наличии аэрированного сейсмозащитного слоя может быть снижено, как мини Данные предварительных лабораторных опытов автора диссерта- мум, на несколько сот метров.

ции показали возможность введения воздуха в водонасыщенные песча Шестая глава посвящена контролю качества уплотнения водона ные грунты основания до его объемного содержания 4 5%.

сыщенных песков оснований.

На основании этого полученные численные значения деформаций Если в грунтах маловлажных и влажных такая задача решается пу стержня позволяли ожидать при экспериментальных исследованиях сниже тем отбора образцов грунта в каждом укладываемом слое песчаного ос ние амплитуд колебаний грунта за границей зоны аэрирования в 2,5 3 раза. нования, то в водонасыщенных вообще невозможно.

Экспериментальные исследования проводились на лабораторном В настоящее время для оценки свойств грунтов водонасыщенных стенде, который включал в себя металлический удлиненный бак. песков оснований применяются различные косвенные методы, в частно Трамбующий груз представлял из себя стальной диск. Грунт осно- сти различные методы зондирования оснований: статическое и ударное, вания отсыпался в воду, налитую в бак. вибрационное и взрывное. Однако существующие нормативные доку Для измерения колебаний грунта основания применялись серти- менты не разграничивают их применение для определения плотности фицированные датчики ускорения марки ДУ-5, входящие в комплект 22 грунта после уплотнения песчаного основания и грунтов естественных дирования, в дорожном строительстве и при возведении грунтовых соору песчаных оснований, когда структурная их прочность может существен- жений с их применением.

но влиять на данные зондирования. По лабораторным исследованиям автора диссертации при динами С учетом вышеизложенного, в зоне строительства КЗС по предложе- ческом уплотнении оснований из зольных грунтов угол внутреннего тре ния увеличивается на 8 12о, а коэффициент сцепления до 0,04 0, нию автора диссертации были проведены сравнительные исследования по оценке свойств и плотности подводной укладки песчаных грунтов основа- МПа и фильтрации до полупорядка.

ний с использованием различных методов зондирования. Во втором разделе главы 7 обоснована целесообразность исполь Исследования по статическому зондированию и виброзондиро- зования двухмассных трамбовок для возведения крупных плотин.

ванию велись с привлечением Санкт-Петербургского треста инженерно- Анализ возведения гидротехнических объектов по типу плотины Ир строительных изысканий, а ударному зондированию – 19-й экспедиции ганайской ГЭС показал, что существуют большие перспективы для внедре Санкт-Петербургского отделения института «Гидропроект» им. С.Я.Жука. ния тяжелых двухмассных трамбовок для уплотнения грунтов оснований Для выполнения исследований были выбраны три площадки пес- при возведении каменно-набросных плотин в узких каньонах из гравийно чаного основания по длине дамбы.

галечниковых грунтов. С ее помощью могут быть успешно решены задачи В целом при статическом зондировании были получены достаточ по качественному и дешевому способу сопряжения тела плотины и бортов но близкие результаты при использовании установок СП-59 и более со каньона, плотин различной очереди возведения, подводному уплотнению временной «ПИКА-10», конструкции НИИОСПа.

русла реки, основного тела плотины толстыми слоями и другие.

В результате динамического зондирования зафиксировано сниже Кроме того, это позволит производить качественный и оператив ние сопротивлению внедрению зонда рД до 4 7 МПа при ударном и до ный экспресс-контроль плотности укладки гравийно-галечниковых грун 1 3 МПа при виброзондировании по сравнению с данными статическо- тов по величине «контрольного отказа» основания взамен очень трудо го зондирования. емкого метода «шурф-лунка».

Для сравнения данных зондирования основания с непосредствен- Проведенные подсчеты показали, что объем уплотнения трамбов ным отбором образцов в грунтах основания, использовались таковые, кой может составлять не менее 15% общего объема насыпи плотины при полученные путем водопонижения из намытой песчаной подушки с ана- условии уплотнения основного тела плотины виброкатками.

логичным гранулометрическим составом. Для осуществления метода трамбования были разработаны рабо Сопоставление результатов свидетельствовало о том, что наблю- чие чертежи производственного образца двухмассной трамбовки с по дается тенденция к некоторому повышению JД при отборе образцов грун- вышенным удельным статическим давлением 0,035 МПа на грунты осно та в грунтах основания. вания.

Проведенные опытные испытания позволили установить, что кос- Двухмассная трамбовка общей массой 10 т состоит из коаксиально венные методы зондирования можно применять для контроля качества расположенных наружной 1 и внутренней 2 ударных частей.

уплотнения. Конструкция разработанного производственного образца двух Глава семь посвящена расширению области применения глубин- массной трамбовки представлена на рис. 10.

ных динамических методов уплотнения для других слабосвязных грунтов Работа двухмассной трамбовки производится следующим образом.

оснований для возведения сооружений. Тяговое усиление лебедки грузоподъемного механизма передается через проушину к внутренней части трамбовки. В свою очередь внутренняя В первом разделе главы 7 приводятся перспективы применения часть при движении вверх в обечайке трубы зацепляет упоры наружной динамического уплотнения при укладке зольных грунтов.

части. После этого вся двухмассная трамбовка поднимается на высоту Проведенные автором диссертации экспериментальные лабораторные сбрасывания.

исследования и анализ возведения золоотвалов и других соружений из золь- При сбрасывании двухмассной трамбовки первой с поверхностью ных грунтов показали, что существуют большие перспективы практического грунта основания соударяется наружная ее часть по подошве в виде коль применения глубинных динамических методов для уплотнения тела золоот- ца, а затем с некоторым заданным интервалом времени t внутренняя.

валов при «сухом» способе складирования, грунтов ограждающих дамб и в В третьем разделе главы 7 изложены исследования уплотнения основании золоотвала при «сухом» и гидромеханизированном способе скла песчаных грунтов оснований при намыве в текущую воду.

24 В качестве основного метода динамического уплотнения песчано- В четвертом разделе главы 7 представляется разработка взрывного го ядра нефтеплатформ типа «остров» автором диссертации был предло- метода заполнения каменной наброски основания песком в подводной зоне с жен взрывной метод. попутным уплотнением песка.

Однако, существенно ограниченные сроки возведения таких нефтеп- Взрывной метод оснований оказался единственно возможным для латформ на северном континентальном шельфе кратковременным летним пе- заполнения пор каменной наброски и горной массы в основании и его риодом потребовало поиска принципиально новых методов уплотнения уплотнения в подводной зоне тела дамбы на строительстве КЗС.

оснований. Проведенные автором диссертации теоретические исследования Проведенные автором диссертации экспериментальные исследования предложенного метода уплотнения такого основания с учащенной сеткой подтвердили выдвинутую им гипотезу о повышении плотности укладки пес- взрывания зарядов показали, что это позволяет обеспечить возможность чаных грунтов основания при использовании кинематической энергии лами- его реализации для указанной цели за счет значительного увеличения нарного потока воды. При отсыпке песка средней крупности в водный поток глубины и радиуса уплотнения основания.

со средней горизонтальной скоростью 10 15 см/с достигнута средняя плот- В результате обработки взрывами в дальнейшем исключаются ность его сложения. осадки песчаного грунта профиля на данном участке дамбы и нарушения Дальнейшая разработка натурных установок, способных вызывать покрытия основания автодороги за счет движения фильтрационного по движение и колебания водного потока при отсыпке и намыве грунта осно- тока по порам горной массы и каменной наброски при наводнении.

вания, может позволить либо достигнуть заданной плотности для сооруже- В целом проведенные исследования в гл.7 в приложении к объек ний (или их части) некоторого типа, либо сократить трудоемкость после- там гидротехнического строительства показали, что существуют большие дующего применения динамических методов уплотнения оснований. перспективы для расширения области применения разработанных глу бинных динамических методов для уплотнения различных грунтов осно ваний для возведения сооружений.

Заключение Основные результаты, выводы и рекомендации диссертационной работы являются следующими.

1. В соответствии с поставленной целью автором диссертации разра ботаны новые технические решения (Пат. и а.с. №№ 1770525, 1770526, 2060320, 2135690, 1300091, 1320329, 1511622) по совершенствованию глу бинных методов динамического уплотнения песчаных грунтов оснований для возведения сооружений и расширения области их применения для дру гих слабосвязных грунтов сооружений.

2. В проведенных теоретических и натурных экспериментальных ис следованиях доказана более высокая эффективность запатентованного авто ром диссертации метода последовательного взрывания зарядов (Пат. РФ, Способ уплотнения слабосвязных грунтов) по сравнению с одновремен ным взрыванием зарядов в каждой очереди за счет многократного разрушения структуры грунта в промежутках между соседними зарядами и в пределах уплотняемого основания.

Наряду с достижением более высокой степени плотности метод Рис. 10. Конструкция двухмассной тяжелой трамбовки последовательного взрывания зарядов позволяет сэкономить взрывчатые для уплотнения грунтов оснований вещества и существенно снизить величины динамического воздействия 26 от взрывов на слабые глинистые грунты постилающего естественного Экспериментально в работе установлено, что воздух способен ста основания. бильно сохраняться в грунтовом массиве в пределах некоторой полосы 3. Теоретические и экспериментальные полевые исследования уп- по всей её высоте как в статическом состоянии, так и при достаточно лотнения грунтов тяжелыми трамбовками, в том числе известной по раз- значительных динамических воздействиях в течении промежутка време работкам автора диссертации двухмассной тяжелой трамбовкой, показа- ни, соизмеряемого с уплотнением грунта основания.

ли их существенные недостатки. В теоретических исследованиях и лабораторных опытах, прове Разработан новый вариант двухмассной трамбовки (Патент денных автором диссертации, получено, что создание экрана из аэриро 1770525). Рабочий орган для динамического уплотнения грунтов и а.с. ванного грунта основания позволяет снизить ускорения колебаний за пределами зоны аэрации от 1,5 до 6 15 раз и более.

1320329. Способ уплотнения грунта трамбованием) позволяет не только на 30% увеличить глубину и объем втрамбованного грунта по сравнению 6. Для оценки качества уплотнения песчаных грунтов оснований с одномассной трамбовкой при равной их массе и высоте сбрасывания, должны применяться известные методы: в надводной зоне метод «режуще но и обеспечить практически одинаковую и большую осадку грунта под го кольца», а в подводной зоне взрывной метод, статическое или ударное подошвой обоих ударных частей по сравнению с известным вариантом зондирование по исследованиям автора диссертации в соответствии со СП двухмассной трамбовки, и, тем самым, повысить ее уплотняющую спо- 11-105-97 или СНиП 1.02.87 и СН 448-72 для двух последних.

собность и равномерность уплотнения грунтов основания.

В диссертации подтверждено, что для окончательной оценки дос 4. Теоретические и опытно-производственные испытания вибро- тигнутой плотности укладки песков по данным статического или ударно установки конструкции ВНИИГС с пространственным уплотнителем в го зондирования должна быть построена корреляционная зависимость виде «елочки» по уплотнению мощного слоя грунта тела песчаной дамбы между параметрами статического qз (Qз) или ударного рД зондирования показали, ее существенные недостатки в данных условиях уплотнения. и плотностью рd (степенью плотности JД).

Указанные недостатки виброустановки конструкции ВНИИГС ис- 7. Необходимые лабораторные и теоретические исследования ав ключаются или существенно снижаются, по запатентованному предло- тора диссертации по уплотнению различных слабосвязных грунтов ди жению автора диссертации, путем размещения радиальных элементов в намическими воздействиями (ударными, вибрационными, ударно нижней части штанги виброуплотнителя на заданной высоте h (Патент вибрационными, взрывами, интенсивным потоком воды) показали на 2135690 РФ. Способ глубинного виброуплотнения песчаных грунтов). примере объектов гидротехнического строительства, что существуют Проведенные автором диссертации теоретические исследования и большие перспективы динамического уплотнения зольных и гравийно опытно-производственные испытания показали, что данное решение по- галечниковых грунтов, каменной наброски и горной массы с порами, за зволяет не только обеспечить более легкое внедрение уплотнителя в полненными песком, песчаных грунтов при совмещении операций намы грунт и его виброизвлечение, но и сохранить уплотняющую способность ва и уплотнения грунтов оснований.

уплотнителя в области подачи воды и улучшить равномерность уплотне- Область применения глубинных динамических методов для дан ния грунтов по всей глубине уплотнения. ных грунтов оснований должна быть существенно расширена для возве Кроме того, глубина выброуплотнения увеличивается при исполь- дения сооружений в других видах строительства.

зовании модернизированного виброуплотнителя в 1,5 2 раза по сравне 8. Разработанными автором диссертации вышеизложенными но нию с конструкцией ВНИИГСа при обеспечении традиционного радиуса выми техническими решениями глубинных методов было уплотнено зоны уплотнения грунтов основания не менее 2 3 м. около 3 млн. м3песчаного грунта на строительстве комплекса защитных 5. Расширение области безопасного применения глубинных методов сооружений г. Санкт-Петербурга от наводнений, в том числе песчаных динамического уплотнения водонасыщенных грунтов песчаных оснований подушек при замене слабых глинистых грунтов в основании водопропу для возведения сооружений может быть достигнуто при создании экрана на скных сооружений, тела дамб при подготовке основания скоростной ав пути распространения упругих волн вдоль границы зоны уплотнения. Одним тодороги, в основании опор мостов и зданий управления затворами водо из приемов создания такого экрана по предложению, запатентованному ав- пропускных и судопропускных сооружений и другие.

тором диссертации, является изоляция уплотняемого массива путем нагне- Дальнейшее применение глубинных методов уплотнения основа тания в грунт воздуха (Патент 1770526. Способ уплотнения грунта). ний по разработкам автора диссертации для других сооружений на мно гочисленных объектах гидротехнического, гражданского, промышленно 28 го, дорожного и железнодорожного строительства и т.д. во много раз 13. Минаев, О.П. Виброметод уплотнения грунтов для строитель увеличит этот эффект. ства в развитии российских специалистов// VI Савиновские чтения к сто летию Савинова Олега Александровича: избранные статьи профессора Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в О.А.Савинова и ключевые доклады, представленные на шестые Савинов следующих работах:

ские чтения/ О.П.Минаев. – Санкт-Петербург, 2010. – С. 195-212.

1. Минаев, О.П., Перспективы применения тяжелых двухмассных 14. Пат. № 1770525 РФ, МКИ Е 02Д 3/046. Рабочий орган для ди трамбовок для уплотнения грунтов / О.П.Минаев, О.А.Савинов // Осно намического уплотнения грунтов / О.П.Минаев, О.А. Савинов, вания, фундаменты и механика грунтов. - 1990. - № 4. – С. 9-12.

Ю.К.Севенард, П.Л.Иванов. – Заявл. 23.02.90;

опубл. в Б.И. 23.10.92, 2. Минаев, О.П., Совершенствование установки продольного виб №39.

рирования для уплотнения песчаных грунтов / О.П.Минаев, О.А.Саинов 15. Пат. № 1770526 РФ, МКИ Е 02Д 3/10. Способ уплотнения // Основания, фундаменты и механика грунтов – 1991. - №1. – С. 8-10.

грунта/ О.П.Минаев, О.А.Савинов, Ю.К.Севенард, П.Л.Иванов. – Заявл.

3. Минаев, О.П. Эффективная технология уплотнения водона 23.02.90;

опубл. в Б.И., 23.10.92, №39.

сыщенных грунтов взрывами / О.П.Минаев // Основания, фундаменты и 16. Пат. № 2060320 РФ, МКИ Е 02 Д 3/10. Способ уплотнения механика грунтов. - 1993. - № 2. – С.17-19.

слабосвязных грунтов взрывами/ О.П.Минаев, А.П.Крутов. – Заявл.

4. Минаев, О.П. Оценка качества уплотнения водонасыщенных 05.03.1993г., опубл. в Б.И. 20.05.96, №14.

песков зондированием / О.П.Минаев // Основания, фундаменты и меха 17. Пат. № 2135690 РФ, МКИ Е 02Д3/054. Способ глубинного ника грунтов. - 1994.- № 4. - С.17-20.

вибро уплотнения песчаных грунтов / О.П.Минаев, Ю.К.Севенард, 5. Минаев, О.П. Эффективный метод динамического уплотнения Е.М.Перлей, А.И.Соснин. – Заявл. 13.03.98;

опубл. в Б.И. 27.08.99, № 24.

слабосвязных водонасыщенных грунтов / О.П.Минаев // Основания, фун 18. А.с. 1300091 СССР, МКИ Е 02 Д 3/046. Установка для под даменты и механика грунтов. – 2002. - № 6 – С.14-18.

водного уплотнения грунтов / А.А.Равкин, О.А.Савинов, О.П.Минаев, 6. Минаев, О.П. Исследование возможности увеличения скорости К.А.Степанов, М.Я.Рафальская.- Заявл. 18.10.1984;

опубл. в Б.И. 30.03.87, погружения свай при использовании двухмассного молота// Основания, № 12.

фундаменты и механика грунтов, 1985. - № 2. – С. 14-16.

19. А.c. 1320329 СССР, МКИ Е 02Д 3/046. Способ уплотнения 7. Минаев, О.П. Глубинное уплотнение песчаных грунтов вибро грунта трамбованием / А.А.Равкин, О.А.Савинов, М.Павчич, О.П. Мина установкой модернизированной конструкции / О.П.Минаев // Основания, ев, П.Л. Иванов, Н.Ф.Ройко.- Заявл. 08.07.85;

опубл. в Б.И. 30.06.87, №24.

фундаменты и механика грунтов.– 2003.- № 6.– С.18-19.

20. А.с. 1511622 СССР, МКИ G 01N 1/04. Устройство для отбора 8. Минаев, О.П. Разработка метода уплотнения песчаных водона образцов грунта / А.А.Каган, И.В.Корниенко, Н.Ф. Медведев, сыщенных грунтов взрывами в зимних условиях / О.П.Минаев, О.П.Минаев, В.В.Никитин. – Заявл. 04.01.88;

опубл. в Б.И. 30.09.89, № А.П.Крутов // Гидротехническое строительство. 1993.-№7. - С.43-46.

36.

9. Минаев, О.П. Перспективы применения динамического уплот нения при укладке золошлаковых материалов и подготовке оснований под золоотвалы / О.П.Минаев // Гидротехническое строительство. - 1995.

№2 – С. 27-31.

10. Минаев, О.П. Совершенствование параметров виброуплотне ния грунтовых масс / О.П.Минаев // Вестник гражданских инженеров. – 2008. - № 2(15). – С.67-71.

11. Минаев, О.П. Определение плотности уплотнения песков зон дированием/ О.П.Минаев// Развитие городов и геотехническое строи тельство: труды международной конференции по геотехнике. – Т.3. – СПб., 2008. – С.321-324.

12. Уплотнение песчаных водонасыщенных грунтов тяжелыми двухмассными трамбовками / О.А.Савинов, П.Л.Иванов, А.А.Равкин, О.П.Минаев // Изв. ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. - 1986.-Т.189. – С. 85-90.

30 Типография ООО «Наша Марка».

195220, Санкт-Петербург, Гжатская ул., 21.

Объем 2,0 п.л. Тираж 120. Заказ 14.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.