CC BY
48Результаты экспериментальных исследований манжетной технологии закрепления грунтов
Самохвалов Михаил Александрович,
к.т.н., доцент кафедры геотехники, Тюменский индустриальный университет, [email protected]
Матюков Андрей Анатольевич,
ассистент кафедры экономики в строительств, Тюменский индустриальный университет, [email protected]
Гейдт Андрей Владимирович,
магистр кафедры геотехники, Тюменский индустриальный университет, [email protected]
Паронко Александр Александрович,
магистр кафедры геотехники, Тюменский индустриальный университет, [email protected]
В статье приводятся результаты экспериментальных полевых исследований, направленные на повышение качества и расширение области применения манжетной технологии с инъекцией раствора в режиме образования гидравлических разрывов (гидроразрывов). Проанализированы результаты образования закреплённой зоны грунтового массива и её параметров в зависимости от конструктивных и технологических особенностей производства работ при однократной и повторной инъекции раствора. По результатам исследований установлено, что радиус уплотнённой зоны грунтового массива зависит от радиуса распространения гидравлических разрывов во время инъекции раствора.
В статье также предлагается и обосновывается алгоритм расчёта, позволяющий определять изменение деформационных характеристик, закрепляемого массива грунта по манжетной технологии с повторной инъекцией раствора в режиме образования гидроразрывов, определен рациональный шаг отверстий перфорации (манжетных горизонтов). Доказано, что манжетная технология с инъекцией раствора в режиме образования «гидроразрывов» имеет высокую эффективность для улучшения строительных свойств грунтового основания.
Ключевые слова: манжетная технология закрепления грунтов, манжетная колонна, гидравлический пакер, гидроразрыв, инъекция раствора, пылевато-глинистые грунты.
Введение.
В современных условиях интенсивного развития городской застройки в крупных городах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Париж, Лондон, Берлин, Мадрид, Рим и др. особое место занимает проблема организации и освоения подземного пространства при строительстве транспортных развязок, тоннелей, линий и станций метрополитена, подземных паркингов и т.д. Решение проблемы связано со сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями. Поэтому разработка, модернизация и адаптация современных способов искусственного закрепления пылевато-глинистых грунтов является актуальной темой исследования [1-4].
Цель и задачи исследования.
Цель исследования состоит в повышении качества и расширении области применения манжетной технологии с инъекцией раствора в режиме образования гидравлических разрывов (гидроразрывов).
Задача исследования заключается в обосновании эффективности применения манжетной технологии для закрепления пылевато-глинистых грунтов по результатам экспериментальных исследований с определением следующих закономерностей:
- закономерность образования закреплённой зоны грунтового массива в зависимости от конструктивных особенностей производства работ;
- закономерность образования закреплённой зоны грунтового массива в зависимости от технологических особенностей производства работ.
Методика проведения исследований.
Полевые экспериментальные исследования манжетной технологии закрепления грунтов с однократной и повторной инъекцией раствора в режиме образования гидроразрывов были выполнены на строительной площадке в городе Тюмени. Физико-механические характеристики грунтового основания представлены в табл.1.
Длина манжетных колонн составила 6 м с 14-ю манжетными горизонтами для инъекции раствора, расположенными по длине инъектора с шагом 30 см от его нижнего конца (рисунок 1).
О 55 I» £
55 П П Н
Таблица 1
Физико-механические характеристики грунтового основания
О ы
а
Вид грунта Супесь (пластичная) Суглинок (мягкопластичный)
Глубина,м 2,0-5,0 5,0-9,0
Y, кН/м3 19,6-19,8 18,4-18,8
Yd, кН/м3 17,8-18,2 14,4-15,2
Ys, кН/м3 27,0 27,1
W,% 22,0-24,0 28,0-30,0
е, д.ед. 0,6-0,7 0,8-0,9
вг, д.ед 0,65-0,72 0,85-0,95
1р, % 5,0 16,0
к, д.ед 0,71 0,69
Ф, град 19,0-20,0 15,0-16,0
с, кПа 7,0-8,0 11,0-12,0
ЕКо„п, МПа 3,2-3,3 1,4 -1,5
Е, МПа 11,2-11,6 4,2-4,5
Примечание: Екомп - компрессионный модуль деформации, определялся в соответствии с требованиями ГОСТ [5], Е -модуль деформации, откорректированный с помощью повышающих коэффициентов, принятых по табл. 5.1 СП [6].
Инъекция раствора осуществлялась с использованием перемещаемого в манжетной колонне гидравлического пакера под давлением от 0,3-1,2 МПа. Манжетные колонны выполнялись с различным шагом расположения отверстий перфорации: 30, 40 и 50 см.
3
а б
Рисунок 1- Схема конструкции манжетной колонны для закрепления грунтового основания
Результаты полевых исследований.
Для оценки результатов выполнения закрепления пылевато-глинистого грунтового массива по манжетной технологии осуществлялась экскавация манжетных колонн (рисунок 2)
Анализируя рисунок 2 можно установить, что наибольшая эффективность закрепления грунтового массива достигается при повторной инъекции раствора с шагом отверстий перфорации 0,3 м. Также наблюдается увеличение количества гидроразрывов и их локализации в околосвайном грунтовом массиве и максимальном раскрытии толщиной до 130 мм. При однократной инъекции гидроразрывы толщиной до 40 мм распространяется на значительные расстоянии от сваи до 3 м.
Рисунок 2. Результаты закрепления пылевато-глинистого грунтового массива по манжетной технологии: а - с однократной инъекцией раствора, б - с повторной инъекцией раствора (с использование технологических пауз)
С механической точки зрения процесс образования и распространения гидравлических разрывов грунтового массива во время инъекции представляет собой раскрытие треугольника в точке, на которую направлен главный вектор давления инъекции раствора (рисунок 3).
Образование гидравлических разрывов во время инъекции различных составов, в том числе цементных в грунтовом массиве происходит при условии (где - давление образования трещин гидравлических разрывов в грунтовом массиве во время инъекции раствора) [3, 7-9].
Для определения зависимости изменения модуля деформации грунта, армированного гидроразрывами во время инъекции раствора, (£□) от объёма инъекции раствора на 1 м.п. длины манжетной колонны была использована методика Е.С. Ашпиза и А.Л. Ланиса [10] (формулы 1-3):
Рисунок 3. Схема процесса образования и распространения гидравлического разрыва (гидроразрыва)
Графические зависимости показаны на рисунке 4.
^Л I ~1~
1 50 2.00 2 50 300 3 50 4 00 Коэффициент увеличения S , Iк) иагинъекторон 1 н • U В M 1 2 м »1.4«
1500 у"
150Û у
S
* *
/У
й
0.1 0,15 02 0 25 0 3 0.35 0.4 0.45 Коэффициент армирования грунта (ha) шаг иныкторов S 1 м »06« i I «
Рисунок 4. Зависимости изменения модуля деформации
грунта, армированного гидроразрывами (^а ) от объёма раствора на 1 м.п. длины манжетной колонны
Определение зависимости изменения модуля деформации грунта, уплотненного гидроразрывами после инъекции раствора в процессе консолидации (^с) от объёма инъекции раствора на 1 м.п. длины манжетной колонны, а также среднее значение модуля деформации уплотнённого грунта по манжетной технологии (формулы 4-6):
= В* ■ - ес](4)
Графические зависимости показаны на рисунке 5.
i.» 1 .го i/o 1 ,м I m 2.00 2.20 240 2.» 2.80 з 00 Коэффициент увеличения Е- (к)
Шаг и им старо в Ь: м -a-O.Su -«-1.4 M
Рисунок 5. Зависимости изменения модуля деформации
грунта, уплотненного гидроразрывами (^с ) от объёма инъекции на 1 м.п. длины манжетной колонны
Выводы
По результатам экспериментальных исследований использования манжетной технологии в целях закрепления пылевато-глинистых грунтов при инъекции раствора в режиме образования и
О В
£
В
m fi H
о ы
а
s
«
а б
распространения гидравлических разрывов было установлено:
- наибольшая эффективность закрепления грунтового массива достигается при повторной инъекции раствора с шагом отверстий перфорации 0,3 м, который приводит к образованию вертикальных и горизонтальных гидравлических разрывов толщиной до 30 мм, при этом средние расстояние от ствола сваи составляет 0,5 м;
- использование манжетной технологии для закрепления грунтов следует выполнять только с повторной (многократной) инъекцией раствора в режиме образования и распространения гидроразрывов с целью увеличения их количества, а также их локализации в околосвайном грунтовом массиве, приводящем к максимальному раскрытию трещины толщиной до 130 мм;
- разработан алгоритм расчёта, позволяющий с отклонением до 7% определять изменение деформационных характеристик закрепляемого массива грунта по манжетной технологии с повторной (многократной) инъекцией раствора в режиме гидроразрывов и шагом отверстий перфорации (манжетных горизонтов) - 0,3 м.
Литература
Малинин, А.Г. Струйная цементация грунтов / А.Г. Малинин. - М.: ОАО изд-во «Стройиздат», 2010. - 226с.
Улицкий, В.М. Геотехническое сопровождение развития городов / В.М. Улицкий, А.Г. Шаш-кин, К.Г. Шашкин// СПб: Стройиздат Северо-Запад. - 2010. - 560 с.
Ибрагимов, М.Н. Закрепление грунтов инъекцией цементных растворов. Монография. / М.Н. Ибрагимов, В.В. Семкин. - М.: Издательство АСВ, 2012.
Пономаренко, Ю.В. Укрепление оснований фундаментов эксплуатируемых зданий и сооружений / Ю.В. Пономаренко, В.С. Кузькин // Промышленное и гражданское строительство. 2012. №6 С.52-54.
ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: Стандартинформ, 2012.
СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* / Минрегион России. - М.: ОАО «ЦПП», 2016.
Мангушев, Р.А. Современные свайные технологии / Р.А. Мангушев, А.В. Ершов, А.И. Осо-кин/ М.: Издательство АСВ. - 2007. - 160 с.
Петрухин, В.П. Новые способы геотехнического строительства: Научное издание / В.П. Петрухин, О.А. Шулятьев, О.А. Мозгачева. - М.: Издательсто АСВ. - 2015. - 224 с.
Мацегора, А.Г. Инъекционное укрепление грунтов основания фундаментов / А. Г. Мацего-ра, А.И. Осокин, В. А. Ермолаев // Промышлен-
ное и гражданское строительство. 2006. №7 С.52-53.
Ланис, А.Л. Использование метода напорной инъекции при усилении земляного полотна железных дорог: дис. ... канд. техн. наук.:05.22.06 / Ланис Алексей Леонидович - М.: 2009. - 156с.
The results of experimental researches of the lip technology
of soil solidification Samokhvalov M.A., Matykov A.A., Geydt A.V., Paronko A.A.
Industrial University of Tyumen
The article presents the results of experimental field studies aimed at improving the quality and expanding the scope of application of the lip technology with injection of the solution in the mode of formation of hydraulic fractures (frackings). The results of the formation of a fixed zone of the soil mass and its parameters are analyzed depending on the design and technological features of the work performed with a single and repeated injection of the solution. According to the research results, it was established that the radius of the compacted zone of the soil mass depends on the radius of propagation of hydraulic fractures during the injection of the solution.
The article also proposes and justifies a calculation algorithm that allows determining the change in the deformation characteristics of a fixed soil mass according to a lip technology with repeated injection of the solution in the mode of formation of hydraulic fractures, defines a rational perforation hole pitch (cuff horizons). It is proved that the cuff technology with injection of the solution in the mode of formation of "hydraulic fractures" has high efficiency to improve the construction properties of the ground base. Keywords. Lip technology of soil solidification, tube a manchette, hydraulic packer, hydraulic fracturing (fracking), intrusion of mortar, pulverescent and clay soil.
References
1. Malinin, A.G. Jet grouting of soils / A.G. Malinin. - M .: OAO
publishing house "Stroyizdat", 2010. - 226s.
2. Ulitsky, V.M. Geotechnical support of urban development / V.M. Ulitsky, A.G. Shashkin, K.G. Shashkin // SPb: Stroyizddat North-West. - 2010. - 560 s.
3. Ibragimov, M.N. Fixing the soil by injection of cement mortars.
Monograph. / M.N. Ibragimov, V.V. Semkin. - M .: Publishing house DIA, 2012.
4. Ponomarenko, Yu.V. Strengthening the foundations of the foundations of buildings and structures in use / Yu.V. Ponomarenko, V.S. Kuzkin // Industrial and civil construction. 2012. No. 6 P.52-54.
5. GOST 12248-2010. Soils. Laboratory methods for determining
the characteristics of strength and deformability. - M .: Standardinform, 2012.
6. SP 22.13330.2016. The foundations of buildings and structures. Updated version of SNiP 2.02.01-83 * / Ministry of Regional Development of Russia. - M .: OJSC "ZPP", 2016.
7. Mangushev, R.A. Modern pile technologies / R.A. Mangushev,
A.V. Ershov, A.I. Osokin / M .: Publishing House DIA. - 2007. - 160 p.
8. Petrukhin, V.P. New methods of geotechnical construction:
Scientific publication / V.P. Petrukhin, O.A. Shulyatyev, O.A. Mozgacheva. - M .: Publishing House DIA. - 2015. - 224 p.
9. Matsegora, A.G. Injection reinforcement of soils of the foundation base / A.G. Matsegora, A.I. Osokin, V. A. Ermolaev // Industrial and Civil Construction. 2006. No. 7 P.52-53.
10. Lanis, A.L. Using the method of pressure injection for strengthening the subgrade of railways: dis. ... Cand. tech. Sciences.: 05.22.06 / Lanis Aleksey Leonidovich - Moscow: 2009. - 156p.
