CC BY
22
© В.А. Дмитриенко, Г.Г. Бадалян, 2014
УДК 622.25(06)
В.А. Дмитриенко, Г.Г. Бадалян
ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ БУРОИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Приводится распределение сметных затрат на строительство вертикальных подземных сооружений в грунтах с применением временной крепи и их сравнение со стоимостью прохождения с использованием экрана из буроинъекционных свай, позволяющего повысить устойчивость породных обнажений. Предлагаемые технические решения позволяют осуществлять строительство вертикальных подземных сооружений в грунтах по совмещенной технологической схеме. По результатам аналитических исследований разработана математическая модель формирования «впрессованного тела» сваи, позволяющая управлять ее несущей способностью. Итогом исследований стала разработка методика проектирования, позволяющая, на основе выбранных параметров проведения выработки определить оптимальные параметры формирования защитного экрана.
Ключевые слова: затраты, прохождение, крепление, стоимость, буроинъекцион-ная свая.
В настоящее время строительство подземных объектов различного назначения во всем мире становится одним из приоритетнык направлений. В районе городов Новороссийск, Див-номорск и Туапсе для строительства и обслуживания коллекторов различного назначения осуществляется проходка целого ряда вертикальных выработок глубиной от 3,5 до 36 м. Поскольку их возведение ведется в грунтовых массивах, то во всех проектах предусмотрена последовательная схема с временной крепью из двутавра. Это соответственно ведет к значительным трудовым, финансовым и материальным затратам. Анализ сметных затрат показывает, что на возведение временной и постоянной бетонной крепи в инвентарной опалубке расходуется до 75% общей стоимости.
В зарубежной и в отечественной практике при устройстве глубоких котлованов для укрепления откосов широко используются буроинъекцион-ные сваи, позволяющие сделать ограждающую конструкцию более легкой,
и вести строительные работы рядом с существующими сооружениями, не опасаясь развития в них чрезмерных деформаций.
Исходя из этого, возможно совершенствование существующих технологий строительства неглубоких вертикальных сооружений в наносных породах за счет формирования вокруг выработки защитного экрана из буроинъекционных свай, который обеспечит устойчивость стен сооружения и надежное сцепление с бетонной крепью. Таким образом, исключается применение временной крепи, а возведение постоянной можно осуществлять сверху вниз по мере выемки грунта. То есть использовать совмещенную схему проходки вместо высокозатратной последовательной.
Для решения этой задачи выполнен комплекс аналитических и экспериментальных исследований, в результате которых получена математическая модель формирования «впрессованного тела» буроинъекционной сваи, которая позволяет определять
параметры закрепления сваи и соответственно их несущую способность.
Разработка алгоритма проектирования параметров формирования защитного экрана, сопряжена с необходимостью соблюдения ряда условии устойчивости конструкции, зависящих от множества переменных.
Учитывая сложность поставленной задачи, был принят ряд допущении, касающиися области применения раз-рабатываемои методики, что позволило при использовании полученных зависимостеи набора прочности бетона и цементного камня во времени, разработать вариант инженерного расчета параметров формирования защитного экрана из буроинъекцион-ных сваИ.
По предлагаемому алгоритму в первую очередь определяется вес 1 м крепи сооружения:
Рк = Бк -у к = п( Я^н- Я1) -V
где 5к - площадь кольца крепи, м2; ук -удельныИ вес материала крепи кН/м3.
Затем определяется нагрузка от крепи на 1м группы сваи
0 = Р - к
^■э К 3
где кз - коэффициент условии работы, для временных сооружении, кз = 1,5. Далее определяется нагрузка на
1 м однои сваи
Ясв = Оэ / исв ,
где Мсв - число сваи вокруг сооружения МсВ = 2п( Як.н. + Яв,.+ К)/¡0
здесь Якн - радиус наружного контура крепи, м; Явт - радиус «впрессованного тела» сваи, м; И - высота сегмента
1 1 с
сваи контактирующего с крепью, И = =0,05-0,075 м при радиусах сваи (5,1 и 0,15 м соответственно; ¡0 - расстояние между сваями, которое рассчитывается из условия устоичивого состояния бетона сегмента крепи между смежными сваями.
В первом приближении этот пролет крепи можно рассматривать как балку прямоугольного сечения, защемленную на опорах, в этом случае должно соблюдаться условие [1]
Мтах <аЯв^
где М - максимальныи изгибаю-
тах
щии момент, обусловленныи деистви-ем собственного веса бетона, кНм; а - коэффициент учитывающии вид используемого бетона, для тяжелого бетона а = 1; Я - ранняя расчетная прочность бетона на растяжение, определяемая периодом времени от его укладки до выемки грунта следу-ющеи заходки под крепью, кПа; № -момент сопротивления сечения пролета крепи, м3.
Максимальныи изгибающии момент определяется по формуле
Мтах = ЧЛ2/12,
а момент сопротивления из выражения [1]
№ = А А2/3,5.
При величине заходки 1м, после преобразовании получим
¡0 =4 24 пА кИк2 Яв; ( ЯкН + А К )/3,5 Рк .
Поскольку требуемая несущая способность буроинъкционнои сваи в зоне ее закрепления определяется выражением [2]
в П , Тгр
Ясв.= Щ Яв.т.- ку ~
то необходимыи радиус «впрессованного тела» можно определить по формуле Я = 180а X/п-в-к -т
в.т. ~св. ' " у гр
?
где к - коэффициент условии работы, ку = 0,65; X - коэффициент перегрузки, X = 1,2; в - угол дуги поверхности сваи контактирующеи с грунтом (угол обхвата), в = 240-270°; тгр - сцепление уплотненного грунта с цементным камнем сваи, зависит от физико-меха-
нических свойств грунта и давления нагнетания раствора при формировании сваи, т = 20-40 кПа.
гр
Полученное значение радиуса «впрессованного тела» сваи проверяется на срез по поверхности твердеющего бетона
2 Я
Ясв ^ Ябет. ^ 3 Яв.т. • Ку
где Ябрв - прочность бетона на срез в раннем возрасте, кПа.
Так как имеет место эксцентриситет приложения нагрузки от веса крепи, то необходимо осуществлять проверку на прочность сжатой зоны сваи по условию [1]
Ясв
где Яв - расчетная прочность бетона на сжатие в раннем возрасте, кПа; Р -площадь сегмента сжатой зоны сваи, м2.
Также проверяется несущая способность сваи на срез «впрессованного тела» по поверхности стальной трубы весом бетонного кольца крепи
Ясв ^ Яб.т.^ 2п • Яа.т.- К
где тцк - сцепление цементного камня с внешней поверхностью трубы,
тцк = 570^960 кПа; Яат - радиус стальной трубы сваи, м.
При соблюдении всех условий расчетный радиус «впрессованного тела» принимается к проектированию, что позволяет определить необходимое давление нагнетания
Рн = Явт + 0,33К - 2.97г - 0.02а --0.08ф- 0.09/0.18 ,
где К - величина сцепления грунта, кПа; г - радиус передовой полости при формировании свай, м; а - боковое давление грунта, кПа; ф - угол внутреннего трения грунта.
По приведенной методике выполнен расчет параметров формирования защитных экранов для выработок с диаметрами от 5 до 8,5 м и толщиной крепи от 0,25 до 0,5 м с наиболее неблагоприятными характеристиками грунтов. По результатам проектирования составлены сметы на проведение и крепление сооружений по последовательной и совмещенной с защитным экраном схемам. Анализ затрат показывает, что даже при самом неблагоприятном сочетании факторов, эффективность предлагаемых технологических решений превышает 5,5%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железо- 2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундамен-бетонные конструкции / Госстрой СССР. - М.: ты / Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1995. -ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 79 с. 48 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Дмитриенко Владимир Александрович - доцент, e-mail: [email protected], Бадалян Григорий Гайк-Арамович - соискатель, e-mail: [email protected], Шахтинский институт (филиал) ФГБОУ ВПО Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).
UDC 550.8.055:519.688
BASING OPTIMAL PARAMETERS OF SETTING DRILLING-INJECTION PILES DURING UNDERGROUND CONSTRUCTIONS BUILDING
Dmitrienko V.A., Assistant Professor, e-mail: [email protected], Badalyan G.G., Applicant, e-mail: [email protected],
Shakhty Institute (Division), South-Russian State Polytechnic University (NPI).
The author reviews budgeted cost of vertical underground construction in soil using temporary support in comparison with the cost of Fondedile pile shielding that allows higher stability of outcrops. The proposed design solutions will enable combined technology construction of underground vertical structures. Based on the analytical research findings, the mathematical model of the embedded pile formation allows the pile load-carrying capacity control. The research resulted in the design procedure for optimization of safety shielding parameters based on the selected parameters of roadway construction.
Key words: expenses, sinking, setting, cost, drilling-injection piles.
REFERENCES
1. SNiP 2.03.01-84. Betonnye i zhelezobetonnye konstrukcii, Gosstroj SSSR (Construction Regulations and Standards 2.03.01-84. Concrete and reinforced concrete structures, USSR State Construction Committee), Moscow, CITP Gosstroja SSSR, 1985, 79 p.
2. SNiP 2.02.03-85. Svajnye fundamenty, Minstroj Rossii (Construction Regulations and Standards 2.02.03-85. Pile foundations, Russia Ministry of Construction), Moscow, GP CPP, 1995, 48 p.
Физико-технический контроль и мониторинг при освоении подземного пространства городов: Учебник для вузов.
А.З. Вартанов 2013 548 с.
УДК 53.08.088:622 ISBN 978-5-98672-243-6
Приведены основные цели и задачи, решаемые физико-техническими методами контроля и мониторинга при строительстве и эксплуатации подземных сооружений в условиях крупных городов и мегаполисов. Рассмотрены основные геофизические методы для изучения структуры, свойств и состояния геологической среды в зоне строительства, описаны методы и средства контроля и мониторинга соответствующих технологических процессов, а также эксплуатационный контроль подземных сооружений. Изложены базовые сведения о методах и средствах экологического контроля при освоении подземного пространства городов.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Физические процессы горного или нефтегазового производства» направления подготовки «Физические процессы горного или нефтегазового производства». Может быть полезно также студентам, аспирантам, научным и инженерно-техническим работникам, сфера деятельности которых связана с освоением подземного городского пространства.
ГОРНАЯ КНИГА
ИРМ IX ищшш
1К>Ц_»:М1И>Г(>
пи» П'ЛЛ« 1ИЛ
