CC BY
38
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА ВИБРИРОВАНИЯ ГРУНТОЦЕМЕНТА НА ОБРАЗЦАХ, ОТОБРАННЫХ ИЗ ОПЫТНЫХ СВАЙ
Нестеренко Татьяна Николаевна,
аспирант, Полтавский национальный технический университет имени
Юрия Кондратюка, г. Полтава E-mail: tanya-n-poltava@rambler.ru
RESEARCH EFFECT OF VIBRATION ON STANDARDS, SELECTED FROM THE EXPERIENCED SOILCEMENT PILES
Tatiana Nesterenko
Postgraduate student Poltava National Technical Yuri Kondratyuk University
АННОТАЦИЯ
В статье представлены результаты сравнения качества уплотнения грунтоцементных свай в лабораторных и полевых условиях с применением эффекта вибрирования.
ABSTRACT
In the article the results comparison quality of compression of soilcement piles are pointed in laboratory and field terms with the use effect of vibration.
Ключевые слова: грунтоцемент; вибрирование; прочность; плотность скелета грунтоцемента.
Keywords: soilcement; vibrating; strength; frame density of soilcement.
Целью данной работы является сравнение качества уплотнения грунтоцементных свай в лабораторных и полевых условиях с применением эффекта вибрирования.
Метод. Одним из эффективных направлений снижения стоимости фундаментостроения есть использование залегающих почв в основе объектов строительства, как материала для возведения фундаментов. Устраивание грунтоцементных свай возможно в разнообразных почвах, как в илах и торфяниках, так и в «слабых» скальных породах, независимо от их химического состава, влажности, растительных остатков, проницаемости и других характеристик. Грунтоцементные сваи достаточно эффективны при укреплении
фундаментов и их основ, особенно при условиях плотной застройки. Их применяют для укрепления слабых почв непосредственно в массиве без его выемки, для предотвращения обвалов склонов, а также для увеличения несущей способности свай на горизонтальную и вертикальную нагрузку [1, 2].
Грунтоцементные сваи, кроме преимуществ, имеют и недостатки, такие как пористость и сравнительно небольшую прочность материала. Как известно, прочность грунтоцемента зависит от таких факторов, как гранулометрический и минералогический состав почвы, количество, состав и активность вяжущего, формовочная влажность смеси, степень взрыхления почвы и равномерность перемешивания компонентов, режим, условия, срок отвердения, наличие разнообразных добавок [3, 4]. Также существенное влияние на свойства грунтоцемента может оказать уплотнение с помощью вибрационного воздействия [5].
Применение вибрационного метода уплотнения грунтоцемента уменьшает силы внутреннего трения между частицами смеси за счет энергии колебаний. Уплотняемая смесь приобретает повышенную подвижность при переходе в состояние «тяжелой жидкости» и уплотняется за счет вытеснения из нее воды и пузырьков воздуха [6, 7]. Уплотнение грунтоцементных свай может быть осуществлено глубинными вибраторами [8], навесным вибратором [9], предложенным автором этой работы.
Результат. Лабораторные исследования показали эффективность вибрирования грунтоцементной смеси, изготовленной на основе глинистой почвы, с целью повышения прочности грунтоцемента. Опыты показали, что вибрирование грунтоцементной смеси практически вдвое увеличивает прочность грунтоцемента при 90 сутках его твердения во влажных условиях [9]. Накопленный опыт также показывает, что физико-химические свойства лессовых и лессовидных суглинков, а именно, незначительное содержимое глинистых частиц, щелочная реакция среды, незначительное количество легкорастворимых солей, легкое диспергирование при увлажнении за счет водорастворимых связей между частицами способствуют их использованию
при изготовлении грунтоцемента.
Механические свойства грунтоцемента, то есть призменная прочность, модуль деформации и сопротивление сдвигу обеспечиваются в большей степени наличием кристаллизационных связей, которые возникли как новообразование в процессе твердения материала. При этом на скорость твердения материала больше всего влияет температура среды. На величину модуля деформации грунтоцемента значительно влияет его плотность. Экспериментально доказано, что при одинаковой призменной прочности модуль деформации больше для образцов с большей плотностью.
В процессе изготовления грунтоцементных свай из жидкой грунтоцементной смеси отбирали образцы в кубические формы размером 10х10х10 см. Также образцы отбирались из свай после проведения вибрирования. Для сравнения были отобраны образцы смеси из свай непосредственно перед вибрированием. На этом этапе определяли влажность и плотность смеси. Результаты соответствующих опытов приведены в табл. 1.
Таблица 1.
Результаты испытаний образцов грунтоцемента через 56 суток
Дата отбора образцов Влажность W/v* Плотность скелета, р ^, т/м3 Прочность R/v, МПа Модуль деформации, Е^, МПа
Данные полученные после вибрирования смеси в течении 180 с
27.10.2012 0,32/0,09 1,51/0,1 1,8/,0,13 150/0,13
31.10.2012 0,30 /0,11 1,49/0,07 1,5/0,10 120/0,12
01.11.2012 0,295/0,14 1,47/0,11 1,4/0,12 120/0,11
14.11.2012 0,31/0,09 1,46/0,07 1,4/0,14 130/0,1
15.11.2012 0,315/0,08 1,505/0,09 1,9/0,11 180/0,12
16.11.2012 0,29/0,14 1,49/0,1 1,7/0,08 145/0,08
17.11.2012 0,32/0,08 1,49/0,07 2,0/0,12 150/0,014
19.11.2012 0,305/0,07 1,50/0,09 2,1/0,12 175/0,1
Суммарная / V 0,31/0,035 1,49/0,11 1,73/0,15 146/0,15
Данные полученные без виб' жрования смеси
01.11.2012 0, 34/0,11 1,40/0,09 1,4/0,1 140/0,09
Примечание: V*— коэффициент вариации из 6 определений
Паралельно исследовались образцы, отобранные путем распилки
грунтоцементных свай, которые были откопаны через 2 месяца после изготовления (рис. 1). Результаты исследований представлены в табл. 2.
Таблица 2.
Результаты испытаний образцов грунтоцемента через 60 суток
№ образцов Влажность, W Плотность скелета, т/м3 Прочность, R, МПа Модуль деформации, Е, МПа
Данные полученные после вибрирования смеси в течении 180 с
1 0,28 1,52 3,1 290
2 0,29 1,48 2,9 300
3 0,27 1,495 2,8 250
4 0,30 1,53 3,3 310
5 0,275 1,51 3,0 285
6 0,26 1,53 2,9 270
7 0,29 1,49 2,6 250
8 0,29 1,49 4,0 340
Средняя/ v 0,28/0,04 1,506/0,12 3,08/0,13 287/0,1
Данные полученные без виб жрования смеси
1 029 1,39 2,3 220
2 0,32 1,45 2.5 230
3 0,31 1,42 2,0 220
4 0,30 1,41 2,0 200
5 0,32 1,40 2,4 240
6 0,29 1,44 2,3 250
Средняя/ v 0,305/0,04 1,42/0,015 2,25/0,08 227/0,071
Рисунок 1. Образцы грунтоцементных свай отобранные путем распиловки
откопанных свай
Таблица 3.
Сравнение методов изготовления грунтоцемента
№ п / п Условия проведения изготовления образцов грунтоцемента Влажнос ть, W Плотность скелета Ра, т/м3 Прочно сть R, МПа Модуль деформа ц., Е, МПа
экспери- менталь ная расчётна я
1 2 3 4 5 6 7
1 В лабораторных условиях без вибрирования 0,35 1,38 3,5 330
2 В лабораторных условиях с вибрированием 180 с 0,28 1,49 1,48 5,0 480
3 Путем отбора смеси из изготовленной сваи без вибрирования 0,34 1,40 1,4 140
4 Путем отбора смеси из изготовленной сваи с вибрированием 180 с 0,31 1,49 1,50 1,7 146
5 Путем вырезания образцов из готовых свай, изготовленных без вибрирования 0,31 1,42 2,25 227
6 Путем вырезания образцов из готових свай, изготовленных с вибрированием 180 с 0,28 1,51 1,52 3,08 287
В табл. 3 представлены осредненные физико -механические характеристики грунтоцемента образованного из лессовидных почв
строительной площадки 10-ти этажного жилого дома по ул. Казака, 14 в
г. Полтаве в лабораторных и полевых условиях с вибрированием и без вибрирования жидкой грунтоцементной смеси.
Данные расчета статистических показателей по трем опытным
строительным площадкам представлены в табл. 4.
Таблица 4.
Результаты статистических расчетов по опытным строительным
площадкам
№ площадо к Количество свай, n Интервал возможных величин, kh Показатель уплотнения, kh = Ah/ho Коэффициент вариации, v
1 175 0,042—0,084 1,0б3 0,147
2 125 0,044—0,082 1,0б4 0,103
3 35 0,045—0,081 1,0б2 0,11
Выводы:
1. Анализ приведенных данных позволяет утверждать, что:
• при перемешивании грунтоцементной смеси в лабораторных условиях процесс перемешивания смеси контролировался визуально, при этом не допускалось содержание агрегатов глинистых частиц крупнее 5 мм;
• на строительной площадке грунтоцемент изготовлялся по буросмесительной технологии - разрыхленная буросмесителем грунт перемешивалась с цементной суспензией при В/Ц = 0,6. Так как перемешивание осуществлялось четырьмя проходами буросмесителя по длине ствола сваи, то обеспечение необходимого качества перемешивания грунтоцементной смеси ненадежное;
• при лабораторных и полевых исследованиях состав грунтоцемента был приблизительно одинаковым: грунт — лессовидный суглинок с числом пластичности 1р = 14—15 %; начальная влажность W = 28—30 %; содержание цемента 20 % от веса сухой почвы;
• эффект вибрирования жидкой грунтоцементной смеси на лабораторном стенде и с помощью глубинного вибратора в полевых условиях проявляется в уменьшении влажности и пористости смеси, увеличении плотности скелета грунтоцемента;
• показатель уплотнения грунтоцементной смеси в результате вибрирования ее в течение 180 с в лабораторных условиях изготовления грунтоцемента составляет kh = 0,065 (kh = Ah/h0, где Ah — высота оседания сваи, ho — начальная высота сваи); по образцам полученных отбором
непосредственно из грунтоцементных свай — kh= 0,0б3—0,064; что
свидетельствует о достаточной эффективности вибрирования грунтоцементной смеси;
• при виброуплотнении грунтоцементной смеси увеличивается прочность изготовления грунтоцемента в лабораторных условиях на 43 %; по образцам отобранным непосредственно из грунтоцементных свай — 21—37 %;
• существенная разница прочности грунтоцемента, изготовленного в
лабораторных и полевых условиях, объясняется разной однородностью перемешивания смеси.
2. С помощью статистической обработки результатов опытного изготовления грунтоцементных свай на трех опытных площадках установлены объективные значения величин показателя уплотнения грунтоцемента в результате вибрирования.
Список литературы:
1. Виленкина Н.М. Цементогрунтовые камни / Н.М. Виленкина. — М.: Гостсройиздат, 1961 — 8б с.
2. Гольдштейн Б.Г. Глубинные вибраторы для уплотнения бетона. Конструкция, теория и расчет. / Б.Г. Гольдштейн, Л.П. Петрунькин. — М.: Машиностроение, 1966. — 172 с.
3. Зоценко Н.Л. К оценке механических свойств грунтоцемента в зависимости от содержания его составляющих / Н.Л. Зоценко, О.В. Борт, М.В. Бидношия, Р.В. Петраш // Сборник научн. трудов (отраслевое машиностроение, строительство). — Полтава: ПолтНТУ, 2007. — Вып. 19. — с. 44—53.
4. Нестеренко Т.Н. Влияние вибрирования на механические характеристики грунтоцемента / Т.Н. Нестеренко // Строительные конструкции, межведомственный научно-технический сборник науных трудов (строительство) / Государственное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт строительных конструкций»
Министерства регионального развития, строительства и жилищно -коммунального хозяйства Украины. — Вып. 75. Кн. 2. — К.: ГП НИИСК, 2011. С. 656—660.
5. Нестеренко Т.Н. Разработка навесного глубинного вибратора для уплотнения грунтоцементных свай / Т.Н. Нестеренко //Сборник научн. трудов (отраслевое машиностроение, строительство). — Полтава: ПолтНТУ, 2012. — Вып. 1(31). — С. 257—262.
6. Савинова О.А. Теория и методы вибрационного формирования железобетонных изделий / О.А. Савинова, Е.В. Лавринович. — Ленинград.: Стройиздат, 1972. — С. 152.
7. Токин А.Н. Закрепление грунтов буросмесительным способом /
А.Н. Токин, А.Н. Шапошников // Ускорение научно -технического прогресса фундаментостроения: новейшие методы исследования
строительных свойств грунтов, прогрессивные способы возведения фундаментов и устройства оснований: сб. научн. трудов. — М.: Стройиздат, 1987. — С. 254—255.
8. Токин А.Н. Фундаменты из цементогрунта / А.Н. Токин. — М.: Стройиздат, 1984. — 184 с.
9. A laboratory model study of the performance of vibrated stone columns in soft clay / V. Sivakumar, D. Glynn, J. Black, J. McNeill // Geotechnical Engineering in Urban Environments. Proc. of the 14th European Conf. on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (Madrid, 24—27 September 2007). — Millpress Science Publishers Rotterdam, 2007. — V. III — P. 1545—1550.
