CC BY
52
© В. А. Дмитриенко, Г.Г. Бадалян, 2009
УДК 622.272
В.А. Дмитриенко, Г.Г. Бадалян
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕМЕНТО-ГРУНТА В ЗОНЕ ЗАДЕЛКИ ГРУНТОВЫХ АНКЕРОВ
Семинар № 16
ТЪ зарубежной практике для уп-
JJ рочнения оснований фундаментов и крепления различных сооружений нашли широкое применение анкерные сваи «TITAN» немецкой фирмы «ISCHEBCCK», которые обеспечивают очень высокую несущую способность при длине стержня 6 и более метров. В отечественной строи-тельной практике в целом ряде случаев можно существенно упростить технологию и снизить затраты на возведение объектов при длине анкера 2 - 3,5 м. Поэтому на кафедре ППГСиСМ ШИ(Ф) ЮРГТУ (НПИ) выполняются исследования деформационных свойств грунтов и характеристик «впрессованного тела». с целью разработки методики проектирования и технологии установки грунтовых анкеров небольшой длины.
Поскольку деформационные характеристики массива и механические свойства цементо-грунта «впрессованного тела» зависят от множества факторов, то требуется разработка специальной методики проведения исследований. Так как результаты экспериментов выполненных в массиве и в лаборатории могут существенно отличаться, то в первую очередь ставилась задача максимально приблизить условия проведения опытов к натурным. Для этого образцы грунта вырезались непосредственно из массива в основании фундаментов на глубине - 1.8 м, при этом их 248
размер строго контролировался по специальному шаблону и составлял 300^3 00 х 200 мм. Далее образец помещался в стальную форму куб, сверху накрывался бетонной плитой и доставлялся в лабораторию.
Указанные размеры были приняты исходя из масштаба моделирования 1:2, поскольку ранее было установлено, что максимальное расстояние, на котором наблюдались деформации грунта при нагнетании цементного раствора, составляет 430 мм от оси анкера. Полость установки анкерного стержня моделировалась путем вырезания в центре образца четырех цилиндров диаметром 42 мм режущими кольцами, входящими в состав лаборатории Литвинова (рис. 1), которые затем использовались в качестве эталонных при определении деформационных свойств уплотненного грунта.
Поскольку при погружении анкерного стержня содержание грунтовых частиц в цементном растворе может колебаться в широких пределах, то было решено испытывать составы с содержанием грунта до 50 %.
Моделирование опрессовки осуществлялось путем нагнетания цементо-грунта в полость образца ручным насосом до требуемого давления через шту-
150 мм, которая плотно входила в му куба, перекрывая верхнюю плоскость
(О
С
(О
*
и
(О
X
.0
н
и
о
X
У
о
а
с
Рис. 2. Зависимость прочности цементного камня от давления
Давление нагнетания, МПа
Рис. 3. Зависимость предела
образца грунта.
Первоначально было определено влияние избыточного давления на прочность цементного раствора с соот-нием В:Ц = 0,7 и добавлением хлористого кальция в количестве 3% от массы це-цемента (рис. 2), что позволило
вить его оптимальную величину. То есть в данном случае увеличение давления свыше 0,45 МПа мало влияет на рост прочности, поэтому дальнейшие дования проводились при давлении рессовки 0,45 МПа. Кроме этого, принятая величина давления обеспечивала равномерное деформирование полости с минимальным количеством разрывов сплошности поверхности, то есть образцы для определения прочности имели практически правильную цилиндрическую форму и требовали минимум обработки.
Исследование прочностных характеристик цементо-грунтов выполнялось с использованием тяжелого желто-бурого суглинка твердой консистенции, пылеватого, непросадочного, незасоленно-го, плотностью 1610 кг/м3 и коэффициентом пористости 0,677. Испытываемые составы готовились путем введения расчетного количества грунта в цементную суспензию и воды, необходимой для обеспечения одинакового водотвердого отношения.
Содержание грунта в растврре, %
Рис. 4. Испытание образцов на срез
Тщательно перемешанный раствор нагнетался в полость образца и выдерживался в течение 10 суток. Далее затвердевший состав извлекался из грунта, выравнивался и разрезался. После шлифовки торцов получившихся образцов они испытывались на гидравлическом прессе.
Определение предела прочности раствора на сжатие производилось по стандартной методике. График зависимости предела прочности составов от содержания грунта приведен на рис. 3.
Поскольку для свай и анкеров основным фактором определяющим их несу-
3
о.
и
га
о
X
У
о
р
щую способность является срез «впрессованного тела» по анкерному стержню или грунту, то особое внимание было уделено исследованию предела прочности цементо-грунта на сдвиг. За основу был принят метод испытания горных пород на срез со сжатием. Испытание проводилось путем одиночного среза со сжатием, когда на образец в плоскости среза действует не только сдвигающие, но и нормальные сжимающие напряжения.
Испытания на сдвиг производились с помощью специально изготовленной матрицы, с изменяющимся углом среза (40, 50 и 60 градусов), в которую помещается цилиндрический образец (рис. 4).
Матрица устанавлива-
лась на роликовую опору, размещаемую на нижней плите гидравлического пресса, после чего производилось нагружение до разрушения образца. Полученное значение разрушающей нагрузки, площадь образца и угол среза позволяли рас-
Содержание грунта в растворе, %
Рис. 5. Зависимость предела
прочности на срез от содержания грунта в растворе
считывать значение предела прочности раствора при сдвиге.
По результатам исследований построен график зависимости (рис. 5) предела прочности составов на срез от количества в них суглинка.
Таким образом, можно отметить, что разработанная методика и проведенные
исследования, позволяют с достаточной степенью достоверности в лабораторных условиях определять механические характеристики цементо-грунтов и после набора необходимого количества экспериментальных данных использовать их для проектирования параметров грунтовых анкеров, гтш
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Дмитриенко В.А. - кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленное подземное, гражданское строительство и строительные материалы» ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ). Бадалян Г.Г. - аспирант кафедры «Промышленное подземное, гражданское строительство и строительные материалы» ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ).
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 16 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. Б.А. Картозия.
А
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КОРЧАГИНА Татьяна Викторовна Совершенствование методики оценки воздействия подземной добычи коксующихся углей на окружающую среду 25.00.36 к.т.н.
