CC BY
33
ПРИМЕНЕНИЕ ВСПЕНЕННЫХ СИСТЕМ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ
APPLICATION WHIP UP SYSTEMS IN THE CAPACITY OF BASE OF BUILDINGS, POSITIONED ON WEAKS GROUNDES
М.П. Панфилова, Г.А. Джинчвелашвили,
M.B. Фомина
M.I. Panhilova, G.A. Ginchvalashvili,
M.V. Phomina
ГОУ ВПО МГСУ
В настоящей работе исследуются вопросы повышения прочностных характеристик оснований за счет нагнетания в грунты основания специально подобранных вспененных систем. Показано преимущество указанных систем по сравнению с традиционно применяемыми.
The questions of rise durable characteristics of foundations for using force in foundations choosing specialty whip up systems are explored in this work. Advantage of that systems are showed in comparison in systems which are used traditionally.
Закрепление грунтов производится в целях повышения их прочности и водонепроницаемости в основании проектируемых или существующих сооружений.
Массивы из закрепленного грунта (закрепленные массивы) могут быть использованы в качестве фундаментов и других заглубленных конструкций. Возможность и способ закрепления грунтов основания существующих сооружений должны устанавливаться с учетом характера деформаций их оснований и состояния их конструкций [1, 2].
Одним из основных способов для устройства закрепленных массивов в зависимости от их назначения и грунтовых условий в [2] рекомендуется инъекционный, осуществляемый путем нагнетания в грунт химических цементационных растворов с помощью инъекторов или в скважины (смолизация, силикатизация, цементация).
Способ закрепления и рецептура растворов должны обеспечивать расчетные физико-механические характеристики закрепленного грунта и удовлетворять требованиям по охране окружающей среды.
Инъекционные способы закрепления грунтов применяют в следующих грунтовых условиях:
силикатизацию и смолизацию - в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации k от 0,5 до 80 м/сут, в просадочных грунтах при k = 0, 2 м/сут и степени влажности Sr = 0,7;
цементацию - в трещиноватых скальных грунтах с удельным водопоглощением не менее 0,01 л/мин м2; в крупнообломочных грунтах при k > 40 м/сут, а также для заполнения карстовых полостей и закрепления закарстованных пород.
4/2010 М1 ВЕСТНИК
В инъекционных растворах для уменьшения расхода цемента за рубежом и в нашей стране нашли применение аэрированные растворы, которые образуют структурированную систему и не размываются грунтовыми водами и хорошо кальматируют трещины в грунтовых породах. Однако они не устойчивы к водоотделению, имеют высокий коэффициент фильтрации, поэтому не нашли широкого применения в строительстве.
Целью настоящей работы является создание и изучение свойств вспененного раствора устойчивого к водоотделению, имеющего достаточную прочность и низкий коэффициент фильтрации.
На основании проведенных исследований были найдены оптимальные концентрации пенообразователя и стабилизатора, обеспечивающие стабильность физико-химических свойств вспененного раствора. В качестве пенообразователя было выбрано неионогенное поверхностно-активное вещество ОП-10, а стабилизатор - щелочная модификация крахмала.
Известно, что крахмал под влиянием различных реагентов (кислоты, окислители, соли) изменяет свои физико-химические свойства. Для получения таких модифицированных крахмалов необходимы сложное оборудование и специальные технологии. Большой интерес представляет собой модификация крахмала, которую можно получить, обрабатывая крахмал щелочным раствором. Однако оказалось, что добавки щелочного крахмала приводят к снижению устойчивости вспененной системы. Это можно объяснить за счет неполной клейстеризации крахмала, в результате чего не происходит полного выхода из зерна его макромолекул - амилозы и амилопектина.
Было установлено, что наибольшей устойчивостью порядка 98-100% обладают бентонитовые суспензии, обработанные 7%-ным раствором гидроокиси натрия, с концентрацией стабилизатора от 0,02 до 0,1 миллиграмм/грамм на грам.
Однако было обнаружено, что при введение этих добавок в отвержденный вспененной тампонажной раствор он имеет недостаточную прочность. Поэтому в бентонитовых суспензиях добавляют жидкое стекло.
Величина водоотведения глиноцементных растворов в присутствии жидкого стекла и крахмала различных концентраций практически не изменяется. Структурооб-разование этих образцов с увеличением концентрации изменяется монотонно. При введении 0,02 мг/г крахмала прочность образцов несколько уменьшается, но затем при увеличении концентрации происходит ее возрастание.
Произведем оценку влияния искусственного основания на сейсмичность площадки строительства. Требуемого снижения сейсмичности (максимальных ускорений) на площадке строительства можно добиться за счет соответствующего подбора размеров и свойств искусственного основания.
За счет инъекции в существующий грунт основания вспененных глиноцементных растворов можно изменять механические свойства основания. Параметры искусственного основания можно подбирать в зависимости от глубины обработки существующего основания.
Приведем методику и пример подбора параметров искусственного основания в виде прямоугольной подушки из однородного грунта с измененными физико-механическими характеристиками.
Опыт расчетов искусственных оснований [3] показывает, что эпюра ускорений на дневной поверхности при наличии подушки грунта с измененными физико-механическими характеристиками имеет вид, показанный на рис 3. Эта эпюра характеризуется постоянными значениями ускорений Й в центральной части подушки с
ростом в области границы подушки и естественного грунта с приближением по мере удаления от подушки максимальных ускорений к величине у— ускорениям дневной
поверхности в отсутствии подушки.
Часть поверхности подушки, на которой имеет место увеличение ускорений, не может служить основанием сооружения.
Толщина подушки к подбираться из условия требуемого уровня снижения ускорений, определяемого отношением и/.. . Это отношение зависит при заданном моду/ уо
ле деформации материала подушки от ее толщины к (рис.1в).
В соответствии с изложенным при заданных упругих характеристиках грунтов основания и подушки размеры последней могут быть определены с использованием
графиков зависимости и/ от к и а от к в следующем порядке (см. рис.1): /уо
- по графику и/ - к определяется толщина подушки, обеспечивающая требуемое
/Уо
снижение ускорений на площадке строительства;
- по найденной толщине к и графику а(к) определяется размер зоны роста ускорений и :
- определяется ширина подушки В.
Рис. 1. К определению параметров искусственного основания для снижения сейсмичности
площадки строительства: а) эпюра ускорений на поверхности основания; б) зависимость протяженности зоны неоднородности ускорений от толщины подушки; в) зависимость относительного снижения ускорений от толщины подушки; модуль упругости подушки 600 кГ/см2, грунта—80 кГ/см2.
4/2010 ВЕСТНИК _4/2010_МГСУ
Толщина подушки h подбираться из условия требуемого уровня снижения ускорений, определяемого отношением й/. . . Это отношение зависит при заданном моду/ y0
ле деформации материала подушки от ее толщины h (рис. 1в).
В соответствии с изложенным при заданных упругих характеристиках грунтов основания и подушки размеры последней могут быть определены с использованием
графиков зависимости ü/.. от h и a от h в следующем порядке (см. рис.1): / .0
- по графику ü/-. - h определяется толщина подушки, обеспечивающая требуе-
/ У о
мое снижение ускорений на площадке строительства;
- по найденной толщине h и графику a(h) определяется размер зоны роста ускорений ü :
- определяется ширина подушки В.
Таким образом, грунтовые условия существенно сказываются на эффективности применения подушки.
Выводы
1. В работе изучен комплекс структурно-механических свойств в многокомпонентной системе, состоящей из бентонита, цемента, стабилизатора и жидкого стекла. Это позволило разработать рецепт тампонажного раствора, обеспечивающий снижение расхода цемента и достаточную прочность.
2. Применение вспененных глиноцементных растворов позволяет значительно изменять структурно-механические свойства основания.
3. В зависимости от глубины обработки существующего основания можно подбирать параметры искусственного основания таким образом, чтобы снизить сейсмичность площадки строительства.
Литература
1. СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах. М.: ЦНС, 2003, - 48 с.
2. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений. М.: ЦНС, 1995, - 68 с.
3. Уздин А.М., Сандович Т.А., Аль-Насер-Мохамад Самих Амин. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений. СПб.: ВНИИГ им. Веденеева, 1993. - С. 176.
4. Ильичев В.А., Монголов Ю.В., Шаевич В.М. Свайные фундаменты в сейсмических районах. - М.: Стройиздат, 1983.
Literatura
1. SNiP II-7.81* stroitelstvo v seismicheskih raionah. M: CNS. 2003 - 48 s.
2. SNiP 2.02-83* Osnovaniya zdanii I soorugenii. M: CNS. 1995 - 68 s.
3. Uzlin A.M., Saidovich T.A, Al-Naser-MohamaD Samix Amii. Osnovi teorii seismostoikosti i seismostoikogo stroitelstva zdanii I soorugenii. Shb VNIIG im. Vedeneeva, 1993.- S. 176.
4. Il'ichev V.A., Mongolov U.V., Shaevich V.M. Svainie fundamenti v seismicheskih raionah - M Stroiizdat, 1983.
Ключевые слова: бентонитовые суспензии, сейсмостойкое строительство, сейсмичность площадки строительства, грунты основания, вспененные системы, вспененные глиноцемент-ные растворы, искусственное основание
Key words: Betonit suspences, seismic stable building, seismic of ground's building, grounds of foundation, whip up clay-cement solutions, artificial foundation
[email protected]. [email protected]. [email protected]
Рецензент: Кофф Г.Л., Президент AHO НИИЦ «Геориск», доктор геолого-минералогических
наук, профессор, академик РАЕН
