CC BY
46
Sarychev Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected]. Russia, Tula, Tula State University
Panin Aleksey Nikolayevich, chief designer, [email protected], Russia, Tula, Tula Design Institute
Prohorov Nikolai Iljich, candidate of technical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State University
Savin Igor Iljich, doctor of technical sciences, professor, sarychevy@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 624.191
ТЕХНОЛОГИЯ УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ СПОСОБОМ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПРОКОЛА И АНАЛИЗ ЕГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
В.И. Сарычев, А.Н. Панин, Н.И. Прохоров
Предложена бестраншейная технология упрочнения грунтового основания зданий способом горизонтального прокола, даны результаты оценки напряженного состояния упрочненных грунтов.
Ключевые слова: грунтовое основание, технология упрочнения, горизонтальный прокол, напряженное состояние.
Статистический анализ причин, вызывающих аварийное состояние зданий и сооружений, показывает, что 85 % из них связаны со снижением надежности системы «основание - фундамент». В самой системе наиболее слабой составляющей является грунтовое основание, способное изменять свои физико-механические свойства под влиянием различных горнотехнических и природно-климатических факторов. Изменение гидрогеологических условий и увеличение давления на основание часто приводит к недопустимому развитию пластических деформаций. Все это требует применения дополнительных мероприятий по искусственному воздействию на напряженно-деформированное состояние грунта, обеспечивающее снижение интенсивности напряжений до нормативных значений.
Одним из способов искусственного изменения напряженно-деформированного состояния грунтовых оснований является его упрочнение с помощью внедрения жестких конструкций по бестраншейной технологии. Такая технология была реализована при упрочнении грунтового ос-
нования под гражданским сооружением. В результате повышения уровня подземных вод произошло замачивание грунтов основания, обладающих просадочными свойствами, что привело к неравномерным осадкам здания. Оценка горно-геологических условий площадки застройки показа-
снижение прочностных и деформационных характеристик грунтов за счет перехода суглинка из твердого и полутвердого состояния в мягко- и текучепластичное;
грунты по состоянию, мощности и физико-механическим показателям характеризуются крайней неоднородностью распределения в плане и по глубине площадки.
В сложившихся инженерно-геологических условиях было принято решение по упрочнению грунтов путем горизонтального прокалывания инженерных конструкций по предложенной бестраншейной технологии (рис. 1). В качестве инженерных конструкций выступали металлические трубы 0 325 мм. Прокалывание производилось из двух стартовых котлованов, подготовленных с торцов здания. По окончании прокола трубы заполняли бетоном.
Применение предложенной технологии позволило получить следующие результаты: в упрочненной зоне вокруг продавливаемой инженерной конструкции плотность грунта увеличилась на 4,8-6,4%, коэффициент пористости уменьшился на 8,6-20,0 %, максимальное уплотнение грунтов произошло в защитном слое между верхом инженерной конструкции и подошвой фундамента.
Анализ изменения напряженного состояния грунтового массива в
ла:
Рис. 1. Способ упрочнения грунтового основания
результате прокола металлических труб выполнялся применительно к данным горнотехническим условиям. Грунты основания - суглинки с плотностью 19 кН/м , модулем деформации Е = 10 МПа, углом внутреннего трения 19° и сцеплением 14 кПа. Согласно [1], нагрузки, передаваемые фундаментом на основание, составляют 0,214 МПа.
На основании [2] усилия, требуемые при проколе грунта для данных условий, составляют 121,2 кН или 1,46 МПа. Давление на контуре отверстия - 0,724 МПа. Коэффициент Пуассона V = 0,35. Коэффициент бокового давления X = 0,54.
Используя аналитический метод расчета, предложенный в работе [4], а также разработанное на его основе методическое обеспечение, включающее блок-схему расчета и комплекс программных средств, было установлено, что зона распространения пластических деформаций имеет эллиптическую форму с горизонтальным и вертикальным радиусом 0,698 и
0,378 м соответственно. Основной причиной является неоднородность начального поля напряжений в грунтовом массиве.
Анализ полученного распределения напряжений показывает, что в пластической зоне напряжения плавно уменьшаются при удалении от отверстия прокола, на границе зоны происходит излом, после чего напряжения увеличиваются, стремясь к начальным (рис. 2). Напряжения на границе зоны пластических деформаций непрерывны (рис. 3). При этом следует отметить, что если нормальные радиальные напряжения меняют знак при переходе с оси ординат к оси абсцисс, так и нормальные тангенциальные напряжения всегда являются положительными, однако уменьшаются практически в 2 раза, что объясняется, прежде всего, коэффициентом бокового давления.
Рис. 2. Распределение напряжений вокруг отверстия прокола в пластической и упругой зонах
При использовании данного решения в практических целях необходимо учитывать давление в грунте под подошвой фундамента и выбрать такое положение прокалываемых труб, чтобы напряжения в грунте, полученные в результате прокола трубы, не превышали давления под фундаментом. Данное условие исключает отрицательное влияние на окружающие сооружения технологии прокола инженерных конструкций. В пластической зоне грунт в результате необратимых деформаций приобретает более плотную структуру, становится более прочным.
Рис. 3. Распределение нормальных радиальных (а) и тангенциальных (б) напряжений на границе зоны пластических
деформаций
Увеличение или уменьшение толщины защитного слоя за счет изменения диаметра труб позволяет формировать уплотненную зону требуемых размеров и создавать условия воздействия уплотненной зоны грунта на подошву фундаментов. Это дает возможность не только выравнивать напряженно-деформированное состояние системы «основание - фундамент» в плане здания, но и компенсировать (предупреждать) возможные осадки фундаментов.
Прокалывание инженерной конструкции в грунтовый массив с использованием бестраншейных методов, без разрушающего влияния на окружающие сооружения, позволяет локально выполнять упрочнение грунта в необходимой области.
Основными достоинствами метода горизонтального прокола конструкции являются:
элементы конструкции вступают в работу сразу за проколом; усиление грунтов основания выполняется без нарушения технологического режима эксплуатации объекта;
при проколе элементов конструкции отсутствуют любые виды воздействий на расположенные вблизи здания и сооружения;
усиленное продольными элементами основание не оказывает влияния на изменение гидрогеологических условий площадки застройки;
возможность производства работ с внешней стороны аварийных и реконструируемых зданий;
упрочнение грунтов основания приводит к повышению несущей способности системы «основание - фундамент» в 1,8-3,3 раза.
Список литературы
1. Технический отчет по обследованию и разработке технической документации на усиление жилого дома по ул. Седова, 33 а в г. Тула/ А.А. Трещев, Г.А. Нехаев, Н.И. Прохоров. Тула. 2003.
2. Панин А.Н. Расчет усилия прокол/ А.Н. Панин // Известия ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений» Вып.1. Тула, 2003.
3. Прохоров Н.И., Игнатов В.И., Панин А.Н. Уплотнение грунтов основания фундаментов аварийных зданий методом горизонтального про-давливания жестких протяженных элементов // Вестник ТулГУ. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений» Вып. 1. 2007. С. 118128.
4. Галин Л.А. Упруго-пластические задачи. М: Наука, 1984. 232 с.
Сарычев Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Панин Алексей Николаевич, главный конструктор, [email protected], Россия, Тула, Тульский проектный институт,
Прохоров Николай Ильич, канд. техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет
HARDENING TECHNOLOGY OF SUBGRADE BY HORIZONTAL PUNCTURE METHOD
AND ANALYSIS OF ITS STRESS STA TE
V.I. Sarychev, A.N. Panin, N.I. Prohorov
Trenchless technology of subgrade strengthening buildings by horizontal puncture method are proposed, the results of stress estimation reinforced soils are presented.
Key words: subgrade, hardening technology, horizontal puncture, stress state.
Sarychev Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
Panin Aleksey Nikolayevich, chief designer, [email protected], Russia, Tula, Tula Design Institute
Prohorov Nikolai Iljich, candidate of technical sciences, professor, Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.272/.275; 622.831
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ЗАКЛАДКИ ПРИ ТРА ДИЦИОННЫХ СХЕМАХ ОЧИСТНОЙ ВЫЕМКИ КОМПЛЕКСНО-МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ ЗАБОЯМИ
В.И. Сарычев, Е.И. Захаров, С.С. Жуков
Рассмотрена технология комбинированной закладки выработанных пространств при традиционных схемах очистной выемки комплексно-механизированными забоями; получены зависимости изменения вынимаемой эффективной мощности от параметров закладки.
Ключевые слова: пакетированная закладка, пневматическая закладка, комбинированная закладка, вынимаемая эффективная мощность пласта.
Обобщение опыта применения системы отработки длинными столбами позволили предложить, как одну из наиболее перспективных, схему комплексно-механизированной выемки с закладкой выработанных пространств. Для разработки пологих пластов тонких и средней мощности предлагается использовать механизированные комплексы для выемки угля с пакетированной закладкой выработанного пространства на базе серийных механизированных, выпускаемых для работы с обрушением. Данные схемы предполагают использование отечественного оборудования для выемки угля, закладки выработанного пространства, доставки пакетированной закладки, транспортирования угля и подержания выработок. Предлагаемые варианты технологий работ включают следующий комплект оборудования: ленточный конвейер; механизированная крепь; крепь сопряжения; очистной комбайн; монорельсовый транспорт; моноканатный транспорт [1,2,3].
Главным критерием применения той или иной технологической схемы очистных работ с закладкой выработанного пространства является обеспечение требуемой (в соответствии с нормативами подработки зданий и соружений) эффективной вынимаемой мощности. Однако данные схемы были ориентированы только на применение пакетированной закладки, в данной работе предлагаются варианты комбинированной закладки выработанных пространств: на основе устанавливаемых пакетов и пневматической закладки.
Влияющими факторами в случае применения технологии с комби-
