CC BY
4
Khudiakova Vera Mikhailovna, candidate of agricultural sciences, docent, vmsafonova@mail. ru, Russia, Pushkin, St. Petersburg, St. Petersburg State Agrarian University,
Radchikova Galina Valer'evna, student, gradchikova@mail. ru, Russia, Pushkin, St. Petersburg, St. Petersburg State Agrarian University,
Voinash Sergey Aleksandrovich, junior researcher at the research laboratory, sergey [email protected], Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Sabitov Linar Salikhzanovich, doctor of technical sciences, docent, l. sabitov@bk. ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Orekhovskaya Alexandra Alexandrovna, candidate of agricultural sciences, leading researcher at the research laboratory, orehovskaja_aa@bsaa. edu.ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University
УДК 624.1154.6
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-4-202-203
ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА БУРОИНЪЕКЦИОННЫХ СВАЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗРЯДНО-ИМПУЛЬСНОИ ТЕХНОЛОГИИ
Ю.В. Кадушкин, А.С. Чугунов, О.В. Жадан, С.А. Войнаш, Л.С. Сабитов, Р.Р. Загидуллин
В статье рассмотрены предложения по инициированию межэлектродного промежутка высоковольтного разряда при устройстве буроинъекционных свай усиления оснований при реконструкции зданий и сооружений. Буроинъекционные сваи предназначены для подачи твердеющей смеси под подошву фундамента и внедрения (инъек-цирования) её в межзерновое пространство околоскваженного грунтового массива. Для решения этой задачи бурятся скважины небольшого диаметра (не более 150 мм), в которые закачивается очень подвижная (текучая) твердеющая смесь, которая в последующем инъекцируется в грунт, образуя в результате твердения зону «сцементированного» грунта. Применение разрядно-импульсной технологии позволяет более эффективно осуществлять процесс инъекцирования твердеющего вещества в грунт за счет динамического давления, сопровождающего протекание электрического разряда в скважине. В случае устройства буронабивных свай используется максимально возможная энергия, выделяемая электроразрядной установкой для раздвижки грунта с устройством камуфлетно-го уширения, заполненного бетонной смесью, содержащей крупный заполнитель. Для этого приходится применять громоздкое и энергоёмкое оборудование, позволяющие обеспечить выделение в канале разряда энергии порядка 30-50 кДж, что требует применение напряжения на электродах порядка 7-10 кВ и большой ёмкости конденсаторной батареи. В работе рассмотрена возможность снижения энергетических параметров оборудования с увеличением эффективности инъекцирования смеси в грунт за счёт замыкания межэлектродного промежутка токопроводя-щим материалом, т.е. инициирования разряда. В результате поведенных исследований установлено, что инициирование разряда металлосодержащей пастой, содержащей алюминиевый порошок предпочтительнее применения в качестве инициатора пробоя металлических стержней. Применения данной технологии позволяет получить объёмную парогазовую полость (ПГП), образующуюся в результате горения пасты.
Ключевые слова: буроинъекционные сваи, разрядно-импульсная технология, инъецирование межэлектродного промежутка, электрохимический взрыв в скважине металлосодержащей пасты.
Буроинъекционные сваи наряду с буронабивными находят все большее распространение как в новом строительстве, так и при реконструкции зданий и сооружений. Применение разрядно-импульсной технологии при устройстве буроинъекционных свай усиления оснований фундаментов существенно увеличивает зону закрепленного вокруг скважины грунта за счет динамического воздействия на инъекцируемую в грунт твердеющую смесь. Эффективность данного процесса можно увеличить с помощью замыкания межэлектродного промежутка сгораемой метал-лосодержащей пасты.
Материалы, методы и объекты исследований. Исследовалась возможность инициирования межэлектродного промежутка высоковольтного разряда токопроводящими материалами, а именно: металлическими стержнями и металлосодержащей пастой, содержащей алюминиевый порошок, с целью получения объёмного электровзрыва.
В процессе выполнения исследований использовались методы натурного моделирования, лабораторные экспериментальные исследования с применением оборудования для скоростной фоторегистрации процесса, регистрации импульсов давления и других параметров при протекании электрохимического взрыва.
Цель исследований.
1. Повышение эффективности инъецирования твердеющей смеси в межзерновое пространство грунта вокруг скважин буроинъекционных свай;
2. Снижение расхода электроэнергии на предбойной стадии развития высоковольтного разряда;
3. Понижение рабочих напряжений на электродах разрядно-импульсной установки и электрической ёмкости конденсаторной батареи;
4. Уменьшение габаритов разрядноимпульсной установки и повышение электробезопасности оборудования, применяемого для производства работ.
Результаты исследований. Буроинъекционные сваи предназначены для усиления оснований фундаментов зданий и сооружений при их реконструкции. Их отличительной особенностью от буронабивных свай является то, что они не предназначены для восприятия вертикальных нагрузок. Поэтому они зачастую не армируются, имеют небольшие диаметры (до 150 мм) и не имеют ярко выраженных камуфлетных уширений.
Основной задачей данной технологии является инъекцированние (внедрение) твердеющей смеси в межзерновое пространство грунта вокруг скважины с последующим образованием зоны сцементированного грунта. По традиционной технологии устройства буроинъекционных свай твердеющая смесь растворонасосом закачивается в скважину и затем под действием избыточного статического давления проникает в межзерновое пространство и после твердения, образует зону сцементированного грунта под подошвой фундамента (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид устройства буроинъекционных свай и принципиальная электрическая схема
электроразрядной установки
Радиус внедрения твердеющей смеси зависит от нескольких факторов, основными из которых являются состояние грунтового массива, величина давления, создаваемого нагнетающим растворонасосом, а также подвижность (текучесть) твердеющей смеси. Поэтому в качестве твердеющих смесей применяются не бетонные смеси с крупным заполнителем, а цементные растворы, содержащие небольшое количество мелкозернистого песка с добавлением пластифицирующих и иных добавок [1, 2, 6].
Недостатком данной технологии является длительность процесса внедрения смеси в межзерновое пространство и небольшие размеры зоны закрепленного грунта вследствие сложности создания больших по значению статических давлений в скважине [2, 7].
В практике фундаментостроения все большее распространение получают буронабивные сваи, выполненные по разрядно-импульсной технологии. Ее сущность заключается в осуществлении в токопроводящих емкостях высоковольтных электрических импульсов, при этом вокруг зоны разряда возникает гидравлическое давление способное совершать механическую работу. Именно этот электрогидравлический эффект и применяется для получения камуфлетных уширений в пяте буронабивных свай.
Принципиальная схема электроразрядной установки представлена на рис. 1.
Высоковольтный электрический разряд в жидкости может быть реализован либо прямым пробоем водного промежутка между электродами, либо электрическим взрывом проводника, который замыкает электроды. При устройстве буронабивных свай используется прямой пробой. Его отличает конструкционная простота разрядника и эффективность воздействия ударной волны сжатия на грунтовые стенки скважины с целью образования камуфлет-ного уширения. Однако для создания больших значений давления во фронте ударной волны такая технология предусматривает применение весьма значительных напряжений на электродах (от 10 КВт до 50 КВт). Следует также отметить наличие затрат электроэнергии на предпробойной стадии разряда, которые могут достигать до 50% затрат электроемкости конденсаторных батарей [3, 4].
Этих недостатков лишен способ инъециирования разряда путем замыкания межэлектродного промежутка сгораемым проводником [3, 7].
Для изучения процесса протекания высоковольтного разряда при инициировании межэлектродного промежутка токопроводящим материалом были проведены стендовые исследования с применением в качестве инициаторов пробоя тонкого металлического стержня и металлосодержащей пасты с порошком алюминия [6].
Испытательная камера, в которой размещался разрядник, представлял собой металлический лоток квадратного сечения (250x250 мм) и длинной 1500 мм. Съёмная крышка выполнена из органического стекла толщиной 20 мм. Камера была оснащена системой скоростной фоторегистрации, замер импульсов давления, сопровождающего разряд, фиксировался осциллографом и замерялся пьезокерамическими датчиками давления.
Разряды осуществлялись при фиксированном напряжении на электродах и ёмкости конденсаторной батареи в водопроводной воде. При этом диаметр стального проводника составлял 3 мм, а капсула, заполненная алюминиевым порошком, массой 3 грамма, изготавливалась из алюминиевой фольги.
При подаче на электроды напряжения с конденсаторной батареи ток, протекая по замыкающему межэлектродный промежуток проводнику, разогревает его, что приводит к его последующему испарению взрывного характера.
В результате взрыва образуется парогазовая полость (ПГП), что приводит к образованию ударной волны
(рис. 2).
Как видно из фотографий на рис. 2 характер протекания разряда при замыкании межэлектродного промежутка металлосодержащей пасты (а) и металлическим проводником (б) различен [8, 9, 10]. Процесс образования ПГП с применением токопроводящей пасты начинается значительно раньше, чем в случае использования металлического проводника. Начало взрыва фиксируется на 70 мкс (фото №6, рис. 2а). Сам процесс протекания разряда занимает порядка 330 мкс (фото №6 - 12). К тому же, объем парогазовой полости при использовании пасты значительно больше, чем в случае применения проводника (фото №7 - 8 на рис. 2). Интенсивное расширение парогазовой полости объясняется горением пасты, что приводит к растянутому во времени действию давления на окружающую разрядник твердеющую смесь.
Это подтверждается также характером формы протекания импульса давления на фронте ударной волны
(рис. 3).
(а) токопроводящей пастой (б) металлическим проводником
Рис. 2. Инъецирование межэлектродного зазора
разряде; 2 - при инициировании межэлектродного промежутка металлосодержащей пастой
hi---_
1 mm и
F ni ' г*» г©
<1
№j I £
ft " - 4-
Рис. 4. Устройство для инициирования разряда металлосодержащей пастой: 1 - корпус картриджа со съемной крышкой для заправки картриджа; 2 - капсула с пастой; 3 - подающая труба; 4 - корпус разрядника; 5 - твердеющая смесь; 6 - межэлектродный промежуток; 7 - штуцер для подачи сжатого воздуха; 8 - отрицательный электрод; 9 - толкатель для подачи капсул и открытия заслонки (10)
Как видно из графиков (рис.3), время импульса давления при замыкании межэлектродного промежутка то-копроводящей пастой более чем в 2 раза превышает время протекания Wi. при прямом пробое межэлектродного промежутка. Максимальное значение импульса давления Pg в случае применения пасты на 30% ниже Pg при прямом пробое. Данные экспериментов свидетельствуют также о сокращении времени протекания предпробойной фазы развития разряда (70 мкс при использовании пасты и 202 мкс в случае применения металлического проводника). В случае прямого разряда время протекания предпробойной фазы значительно сокращается.
Немаловажным является и вопрос о механизме осуществления высоковольтного разряда замыканием межэлектродного промежутка токопроводящей пастой в скважине буроинъекционных свай. Принципиальная схема устройства для инициирования разрядов скважине представлена на рис. 4.
Порционную подачу металлосодержащей пасты в межэлектродной промежуток обеспечивается картриджем (1), наполненный капсулами с пастой (2), выполненными из токопроводящего материала. Картридж соединеных падающий трубой (3) с корпусом разрядника (4). Для выдавливания твердящих смеси (5) из зоны межэлектродного промежутка (6) и надёжного замыкания капсулой электродов (7), устройство снабжено системой порционный подачи сжатого воздуха (8). Подача питания на электроды, порционной подачи капсул с пастой в канал разряда, а также необходимого количества сжатого воздуха синхронизированы. В зависимости от диаметра скважины, состава твердеющей смеси и реальных условиях производства свайных работ отрицательный электрод (9) соединён с корпусом разрядника (4) резьбовым соединением, что позволяет регулировать величину межэлектродного промежутка для увеличения эффективности инъек-цирования твердеющей смеси в межзерновое пространство грунтового массива без возникновения разрушающих воздействий на усиливаемый фундамент [5].
Выводы. Инициирование межэлектродного промежутка металлосодержащей пастой, в частности алюминиевом порошком, позволяет:
- увеличить время протекания разряда за счёт образования большого объема газовой полости при сгорании алюминиевого порошка;
- снизить пиковые значения импульса давления на фронте ударной волны и более плавного его нарастания;
- сократить время протекания предпробойной стадии разряда, что экономит примерно на 50% расход электроэнергии на осуществление разрядов;
- значительно уменьшить массу и габариты источника высоковольтных разрядов (генератора импульсных токов).
Список литературы
1.Тер-Мартиросян К.А., Ерёмин В.Я., Буденный А.А. Исследование напряжённо-деформированного состояния маловлажных грунтов вокруг свай РИТ. М: Вестник МГСУ. 2008. №2. C.24-36.
2.TP SO-180-06. Технические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, выполняемых с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий повышенной этажности. М.: ООО «ВЕК», 2006. 68 с.
3. Рекомендации по применению бетонов на шлакощелочных вяжущих в сульфатных, хлоридных и магнезиальных средах. НИМБ Госстроя СССР М: 1984. С. 96.
4.Ellis I.W. Piling for underpinning: Symposium on Building Appraisal, Maintenance and Preservation. Bath: University of Bath, 1985. P. 88-96.
5.Yang T., Men Y., Rutherford C.J., Zhang Z. Static and Dynamic Response of Micropiles Used for Reinforcing Slopes // Appl. Sci. 2021. Vol. 11 No. 14. DOI: 10.3390/app11146341.
6.Pronzin Ja.A., Zazulja Ju.V., Samohvalov M.A. Sposob izgotovlenija buroin#ekcionnoj svai s kontroliruemym ushireniem [Method for manufacturing a bored- injection pile with controlled widening]. Patent RF, 2014. No. 2522358. 11 p.
7.СТО НИИОСП «Рекомендации по применению электроразрядных геотехнических технологий». М.,
2006.
8.Рытов С.А. Электроразрядные технологии повышения несущей способности существующих свай. НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Москва, 2006.
9.Jeong Y., Sung-Hoon Kang, Du Y., Moon J. Local Ca-structure variation and micro structural characteristics on one-part activated slag system with various activators. Cement and Concrete Composites. 2019. 102:1-13. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2019.04.009.
10. Jeong Y., Sung-Hoon Kang, Du Y., Moon J. Local Ca-structure variation and microstructural characteristics on one-part activated slag system with various activators. Cement and Concrete Composites. 2019. 102:1-13. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2019.04.009.
11. Thomas R.J., Gebregziabihe B.S., Giffin A., Peethamparan S. Micromechanical properties of al-kali-activated slag cement binders // Cement and Concrete Composites. 2018. Vol. 90. P. 241-256. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2018.04.003.
Кадушкин Юрий Васильевич, канд. техн. наук, доцент, kafsmia@gmail. com, Россия, Пушкин, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
Чугунов Александр Сергеевич, старший преподаватель, [email protected], Россия, Пушкин, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
Жадан Олег Владимирович, старший преподаватель, oligarh21@mail. ru, Россия, Пушкин, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
Войнаш Сергей Александрович, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории, sergey_voi@mail. ru, Россия, Казань, Казанский федеральный университет,
205
Сабитов Линар Салихзанович, д-р техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Казань, Казанский федеральный университет,
Загидуллин Рамиль Равильевич, канд. техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории, [email protected]. Россия, Казань, Казанский федеральный университет
FEATURES OF CONSTRUCTION OF DRILLED INJECTION PILES USING DISCHARGE-PULSE TECHNOLOGY Y. V. Kadushkin, A.S. Chugunov, O. V. Zhadan, S.A. Voinash, L.S. Sabitov, R.R. Zagidullin
The article discusses proposals for initiating the interelectrode gap of a high-voltage discharge when installing drilled injection piles to strengthen foundations during the reconstruction of buildings and structures. Bored injection piles are designed to supply a hardening mixture under the base of the foundation and introduce (inject) it into the intergranular space of the near-borehole soil mass. To solve this problem, wells of small diameter (no more than 150 mm) are drilled into which a very mobile (fluid) hardening mixture is pumped, which is subsequently injected into the soil, forming a zone of "cemented" soil as a result of hardening. The use of discharge-pulse technology makes it possible to more efficiently carry out the process of injecting a hardening substance into the soil due to the dynamic pressure that accompanies the flow of an electric discharge in the well. In the case of the installation of bored piles, the maximum possible energy released by an electric discharge installation is used to expand the soil with a camouflage widening device filled with a concrete mixture containing coarse aggregate. To do this, it is necessary to use bulky and energy-intensive equipment to ensure the release of energy in the discharge channel of about 30-50 kJ, which requires the use of a voltage on the electrodes of about 7-10 kV and a large capacitor bank. The work considers the possibility of reducing the energy parameters of equipment with increasing the efficiency of injection of the mixture into the soil by closing the interelectrode gap with a conductive material, i.e. discharge initiation. As a result of the conducted research, it was established that initiating a discharge with a metal-containing paste containing aluminum powder is preferable to using metal rods as a breakdown initiator. The use of this technology makes it possible to obtain a volumetric vapor-gas cavity (VGC) formed as a result of combustion of the paste.
Key words: drilled injection piles, discharge-pulse technology, injection of the interelectrode gap, electrochemical explosion in a well of metal-containing paste.
Kadushkin Yuri Vasilievich, candidate of technical sciences, docent, kafsmia@gmail. com, Russia, Pushkin, St. Petersburg State Agrarian University,
Chugunov Aleksandr Sergeevich, senior lecturer, spbgau. pgs@yandex. ru, Russia, Pushkin, St. Petersburg State Agrarian University,
Zhadan Oleg Vladimirovich, senior lecturer, oligarh21@mail. ru, Russia, Pushkin, St. Petersburg State Agrarian
University,
Voinash Sergey Aleksandrovich, junior researcher at the research laboratory, [email protected], Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Sabitov Linar Salikhzanovich, doctor of technical sciences, docent, l. sabitov@bk. ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University,
Zagidullin Ramil Ravilievich, candidate of technical sciences, docent, leading researcher at the research laboratory, r. r.zagidullin@mail. ru, Russia, Kazan, Kazan Federal University
УДК 331.452
DOI: 10.24412/2071 -6168-2024-4-206-207
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТНИКОВ
НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ
В.М. Худякова, Н.В. Матюшева, С.А. Войнаш, В.А. Соколова, Р.Р. Загидуллин, Л.С. Сабитов
На сегодняшний в России вопрос по охране и безопасности труда на производстве является весьма важным. Актуальность выбранной темы исследования основана на том, что в строительной сфере в малых и средних организациях работодатели часто игнорируют соблюдение требований по охране труда и безопасности, чем и обусловлено высокая вероятность несчастных случаев на производстве. Меры по улучшению условий и безопасности трудового процесса проводятся не на постоянной основе, что не является эффективной организацией труда, а также с дополнительным риском несчастных случаев на производстве. В работе предложен к разработке комплекс мер по предотвращению несчастных случаев на производстве и профзаболеваний, которые постоянно осуществляются при проведении строительных работ.
Ключевые слова: строительная площадка, работа на высоте, безопасность, видеоаналитика, охрана
труда.
В современном мире все чаще поднимаются вопросы обеспечения безопасности труда на рабочих местах. Обусловлено это внедрением профилактических мероприятий на снижение производственного травматизма и профессиональных заболеваний, что является для работодателей экономически выгодным решением для минимизации
