ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Бічев Ігор Костянтинович

УДК 624.154.34

Технологія улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру при посиленні

фундаментів

Спеціальність 05.23.08 – Технологія та організація промислового та цивільного будівництва

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії будівництва і архітектури (ОДАБА), Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор

Менейлюк Олександр Іванович,

Одеська державна академія будівництва

і архітектури, завідувач кафедрою „Технологія

і механізація будівництва”.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, доцент

Радкевич Анатолій Валентинович,

Дніпропетровський національний університет

залізничного транспорту ім. В. Лазаряна, професор

кафедри “Будівельного виробництва та геодезії”

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Галінський Олександр Михайлович,

Науково-дослідний інститут будівельного

виробництва, директор

Захист відбудеться “11” червня 2008 р. об 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.085.03 Одеської державної академії будівництва і архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської державної академії будівництва і архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4.

Автореферат розісланий “6” травня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, к.т.н., доцент Пивонос В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Наявність великої кількості старих будівель обумовлює необхідність постійного моніторингу несучих здібностей основних конструктивних елементів цих будівель та їх основ. Як показує практика, дуже часто виникає необхідність посилення фундаментів досліджуваних будівель. Одним з найпоширених методів посилення фундаментів, а також зведення нових фундаментів в умовах щільної міської забудови є улаштування буроін’єкційних паль (БІП).

Малі габарити обладнання при улаштуванні БІП невеликих діаметрів дозволяють використовувати дану технологію в умовах низьких підвалів, діючого виробництва і т.п.

Улаштування БІП виключає дію динамічних навантажень на основи, що є необхідною умовою при посиленні фундаментів, а також при улаштуванні фундаментів в умовах щільної міської забудови.

Разом з високою ефективністю технології БІП традиційні способи їх улаштування мають ряд недоліків, особливо при улаштуванні БІП малого діаметру (80-150 мм). У таких палях, як правило, армування складається з одиночного стрижня або, взагалі, відсутнє. У зв'язку з цим істотно погіршуються експлуатаційні показники. Перерахуємо лише деякі з них. Підвищене тріщиноутворення і, як наслідок цього, значне підвищення проникності палі, корозія тіла палі і арматури, зменшення несучої здатності паль. Невисока міцність на згин паль унаслідок відсутності об'ємного армування.

Тому вдосконалення способу улаштування БІП, направлене на поліпшення експлуатаційних показників, є актуальною задачею сучасних досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалася відповідно до плану наукової роботи кафедри технології і механізації будівництва Одеської державної академії будівництва і архітектури, згідно пріоритетних напрямів розвитку науки і техніки на період до 2006 року, позначеними в Законі України від 11 липня 2001 р. №2623-III “Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки”, напрям №6 “Новітні та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості, будівництві та агропромисловому комплексі”, а також в рамках ухвалення Кабінету Міністрів України від 24.11.2001р. №1716 “Про затвердження переліку державних науково-технічних програм з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки на 2002-2006 роки”.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є вдосконалення технології улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру при посиленні фундаментів шляхом додаткового дисперсного армування полімерною фіброю і оптимізація експлуатаційно-технологічних показників.

Для досягнення поставленої мети в роботі необхідно вирішити наступні задачі:–

виконати аналіз відомих технологій посилення фундаментів, улаштування буроін’єкційних паль та досвід застосування полімерної фібри в будівництві;–

визначити найбільш важливі експлуатаційно-технологічні показники, розробити методику досліджень з використанням теорії планування скороченого експерименту;–

провести експериментальні дослідження впливу додаткового армування фіброю на експлуатаційно-технологічні показники при улаштуванні буроін’єкційних паль малого діаметру з використанням теорії експериментально-статистичного моделювання;–

виконати оптимізацію експлуатаційно-технологічних показників шляхом підбору найкращого розробленого складу;–

виконати апробацію результатів роботи в умовах будівництва та скласти рекомендації по улаштуванню буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю при посиленні фундаментів.

Об'єктом досліджень є технологія посилення фундаментів при ремонті, реконструкції і модернізації будівель та споруд, а також при їх будівництві.

Предметом досліджень є технологія улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим армуванням полімерною фіброю при посиленні фундаментів.

Методи досліджень. При роботі з літературними джерелами, пошуку і обґрунтуванні вибору предмету досліджень та підведенні підсумків по кожному розділу використаний метод узагальнення і аналізу. При виконанні експериментальної частини роботи застосовувалися методи теорії планування скороченого експерименту. При обробці результатів експериментів застосовувались експериментально-статистичне моделювання та оптимізація досліджуваних показників.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:–

встановлені закономірності впливу додаткового дисперсного армування полімерною фіброю і модифікуючих добавок на експлуатаційно-технологічні показники при улаштуванні буроін’єкційних паль малого діаметру;–

оптимізовані експлуатаційно-технологічні показники шляхом аналізу експериментально-статистичних моделей;–

розроблена технологія улаштування буроін’єкційних паль з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю;–

виконаний порівняльний аналіз результатів досліджень розробленої технології в лабораторних і натурних умовах.

Практичне значення одержаних результатів:–

визначені оптимальні величини додаткового дисперсного армування полімерною фіброю і модифікуючих добавок, що дозволило покращити експлуатаційні показники із збереженням необхідних значень технологічних показників;–

позитивні результати досліджень в лабораторних умовах дозволили розробити організаційно-технологічні заходи посилення підпірної стінки за допомогою буроін’єкційних паль із застосуванням дисперсного армування полімерною фіброю;–

отриманий економічний ефект 8852,8 грн в результаті впровадження технології улаштування буроін’єкційних паль з використанням дисперсного армування полімерною фіброю в умовах виробництва;–

розроблені рекомендації за технологією улаштування буроін’єкційних паль з використанням дисперсного армування полімерною фіброю.

Особистий внесок здобувача полягає в отриманні наступних результатів:–

виконанні аналізу відомих технологій посилення фундаментів, улаштування буроін’єкційних паль і застосування полімерної фібри в будівництві;–

обґрунтуванні доцільності застосування додаткового дисперсного армування і модифікуючих добавок з метою поліпшення експлуатаційно-технологічних показників;–

отриманні результатів експериментально-теоретичних досліджень;–

визначенні закономірностей впливу варійованих факторів на експлуатаційно-технологічні показники буроін’єкційних паль;–

оптимізованні експлуатаційно-технологічних показників шляхом підбору складу для улаштування буроін’єкційних паль;–

розробленні технології улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю.

Апробація результатів досліджень. Основні положення і результати досліджень, викладанні в дисертаційній роботі докладалися на: науково-технічній конференції «Армування основ при будівництві і реконструкції будівель і споруд» (Вінниця, 2007); V міжнародній науково-практичній конференції «Інноваційні технології життєвого циклу об'єктів житлово-суспільного, промислового і транспортного призначення» (Ялта, 2007); VIII міжнародній науково-технічній інтернет-конференції «Застосування пластмас у будівництві та міському господарстві» (Харків, 2007); міжкафедральному науково-методичному семінарі Одеської державної академії будівництва і архітектури (Одеса, 2007); науково-методичних семінарах кафедри технології і механізації будівництва Одеської державної академії будівництва і архітектури (Одеса, 2004-2007).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 8 робіт, з них 6 наукових статей у виданнях, внесених до переліку ВАК України, 1 публікація в збірнику міжнародної конференції і 1 патент України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з введення, основної частини (5 розділів), висновків, списку використаних джерел і 2 додатків. Загальний обсяг роботи складає 159 сторінок, з яких 134 сторінки основного тексту, 64 рисунка, 18 таблиць, список використаних джерел з 116 найменувань на 10 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі приведені основні характеристики роботи: актуальність теми, мета і задачі досліджень, наукова новизна, практична цінність роботи, особистий внесок здобувача, апробація результатів, основні публікації і структура роботи.

У першому розділі проведено аналіз існуючих методів посилення фундаментів, їх основні недоліки, а також особливості технології улаштування буроін’єкційних паль та недоліки цієї технології. Розглядаються результати додаткового армування будівельних матеріалів фіброю.

Роботи, що проводяться при посиленні фундаментів за допомогою збільшення підошви, складні і дорого коштують, а головне, виконуються переважно уручну. Крім того, основу під новою частиною фундаменту необхідно ущільнити. Якщо цього не виконувати, то нова частина фундаменту вступить в роботу тільки після осідання будівлі до ущільнення цієї частини основи.

При посиленні фундаменту з використанням паль вдавлювання відбувається розкриття перевантаженого фундаменту до його підошви, що саме по собі небезпечне, а в умовах слабких ґрунтів, при високому рівні підземних вод часто нездійсненно.

При посиленні фундаментів за допомогою струменевої технології існує небезпека локальних деформацій в процесі тимчасового розмиву ґрунтового масиву під фундаментом до набору міцності. До того ж існує підвищена небезпека при роботі з високим тиском, необхідність використовування спеціального обладнання для створення і передачі тиску біля 100 МПа.

У розділі розглянута технологія посилення фундаментів за допомогою буроін’єкційних паль (БІП). При улаштуванні БІП відсутні вище перелічені недоліки. А в деяких ґрунтових умовах дана технологія просто незамінна. У той же час при улаштуванні БІП малого діаметру (80-150 мм) існує ряд недоліків. Наявність в основі шару ґрунту з низькими несучими здібностями може призвести до виникнення згинаючих зусиль і можливої втрати несучої здібності палі. Низька тріщиностійкість паль може призвести до тріщиноутворення. У водонасичених ґрунтах це може призвести до корозії бетону, арматури і втрати несучої здатності паль. Армування таких паль, як правило, виконується з одним стрижнем або взагалі відсутнє. Це посилює вище зазначенні недоліки.

Для вирішення подібних проблем при улаштуванні інших конструкцій використовують додаткове армування бетонного складу полімерною фіброю. Сьогодні прийнято вважати перспективним конструкційним матеріалом дисперсно-армований бетон. Такий бетон використовують для улаштування і ремонту підлог, аеродромних покриттів, сходових маршів, штукатурних поверхонь і т.п. В деяких випадках використовування дисперсно-армованих композицій дозволяє виробляти полегшені будівельні конструкції з підвищеною тріщиностійкістю і міцністю на згин.

У другому розділі представлена методика проведення досліджень технології улаштування буроін’єкційних паль з використанням дисперсного армування і модифікуючих добавок.

Сформульовані мета і задачі досліджень, наукова гіпотеза. Проведений вибір значущих технологічних факторів і експлуатаційно-технологічних показників.

Наявність недоліків при улаштуванні БІП і позитивний досвід застосування дисперсно-армованих бетонів полімерною фіброю дозволили сформулювати наступну гіпотезу. Зміна традиційного конструктивно-технологічного рішення шляхом додаткового армування буроін’єкційних паль малого діаметру полімерною фіброю дозволить істотно покращити експлуатаційні показники таких паль. При цьому необхідно зберегти технологічні показники на необхідному рівні. Тоді така технологія улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру буде більш ефективна, в порівнянні з традиційною.

На рис. 1. приведена блок-схема досліджень.

Вибрані найбільш значущі експлуатаційно-технологічні показники:–

рухливість бетонної (розчинної) суміші (ОК) – важливий технологічний показник, який характеризує легкоукладальність суміші. Він визначався по стандартному конусу – для бетонних складів, а по конусу АзНІІ – для розчинних складів. Згідно нормам (СНіП 2.02.03-85.) рухливість повинна складати не менше 16 см по конусу АзНІІ;–

водоутримуюча здатність суміші визначалась за критерієм водовідділення (Wout). Цей технологічний показник характеризує легкоукладальність суміші. Водоутримуюча здатність є основним критерієм, що визначає розшаровуваність суміші. Технологія улаштування БІП вимагає застосування бетонів з показниками водовідділення не більше 2% (СНіП 2.02.03-85);–

міцність на стиск (Rb) при випробуванні стандартних зразків-кубів розміром 7,07х7,07х7,07 см за нормальних умов твердіння. Згідно СНіП 2.02.03-85. повинна бути не менше 15 МПа в семиденному віці і 30 МПа – в 28-денному.

Також досліджувалися ряд показників, до яких в нормативній літературі не зазначені вимоги. При цьому, у разі підвищення їх кількісних характеристик існує можливість підвищення якості технології улаштування і подальшої роботи БІП.

Відповідно, досліджувалися наступні експлуатаційні показники:–

Rbtb, МПа – міцність бетону на згин;–

Rср, МПа – міцність бетону на зріз;–

К1с – тріщиностійкість бетону (за критерієм інтенсивності напруги на зразках з пропилом);–

водонепроникність бетону за критерієм повітропроникності;–

водопоглинання бетону.

В подальшому було проведено вибір найбільш значущих факторів та рівнів їх варіювання для дослідження впливу їх на вище наведенні експлуатаційно-технологічні показники. Фактори та рівні їх варіювання для досліджень першого етапу представлені в таб.1.

Таблиця 1

Фактори та рівні їх варіювання.

№ | Фактори | Одиниці вимірювання | Код | Рівні факторів за планом експерименту

1 | 0 | +1

1 | Кількість полімерної фібри | г/м3 | Х1 | 0 | 300 | 600

2 | Суперпластіфікатор (С-3) | % від маси цементу | Х2 | 0,3 | 0,65 | 1,0

3 | Кількість феросиліцію | мас. част. від маси цементу | Х3 | 0 | 5 | 10

4 | Кількість відсіву щебеня | % від кількості заповнювача | Х4 | 0 | 25 | 50

На другому етапі досліджень були внесені деякі коректування при виборі факторів та рівнів їх варіювання (таб. 2).

Таблиця 2

Фактори та рівні їх варіювання.

№ | Фактори | Одиниці вимірювання | Код | Рівні факторів за планом експерименту

1 | 0 | +1

1 | Кількість полімерної фібри | г/м3 | Х1 | 200 | 400 | 600

2 | Кількість феросиліцію | мас. част. від маси цементу | Х2 | 0 | 5 | 10

3 | Зерновий склад піску | модуль крупності | Х3 | м. | 50/50 | кр.

Розрахунок експериментально-статистичних моделей (ЕС-моделей) і регресійний аналіз експерименту проводилися згідно розробленій в ОДАБА системі COMPEX-99.

Перший етап експерименту виконувався по 18-точечному чотирьохфактор-ному плану D418.

Другий етап експерименту виконувався по 15-точечному трьохфакторному плану В315.

У третьому розділі наведені експериментальні дослідження, які проводилися на двох етапах.

На першому етапі досліджувалися дрібнозернисті бетони, в якості крупного заповнювача використовувався відсів щебеню (фракція 2,5-5,0 мм). Було встановлено, що для досліджуваних експлуатаційно-технологічних показників, оптимальні показники були одержані при середніх дозуваннях добавки суперпластифікатора С-3. Виходячи з цього, було прийнято рішення про те, щоб зафіксувати вміст суперпластифікатора (С-3) Х2 = 0,65% від маси цементу при досліджувані всіх показників бетонних сумішей і бетонів.

В результаті виконання експериментальних досліджень одержані експериментально-статистичні моделі, які характеризують вплив варійованих факторів на експлуатаційно-технологічні показники.

ЕС-модель (1) осідання конуса (ОК) дисперсно-армованої бетонної суміші має вигляд:

ОК = 16.7 – 0.39х1 – 2.51х12 + 2.8х2х3 – 2.22х3х4 + 5.44х2 + 1.66х22 – 2.07х1х3 + 5.14х2х4 – 1.93х3 – 0.45х1х4 + 9.00х4 – 6.42х42 (1)

За експериментальними даними, одержаними для міцності на стиск (Rb), побудована ЕС-модель (2), яка має вигляд:

Rb = 44.72 + 3.2х12 + 1.6х2х3 – 3.02х3х4 + 2.17х2 – 7.84х22 + 2.96х1х3 – 3.14х2х4 – 8.50х3 – 7х1х4 + 11.16х4 – 4.7х42 (2)

ЕС-модель (3) одержана за результатами визначення міцності на згин (Rbtb) зразків дисперно-армованого бетону:

Rbtb = 8.24 + 0.33х1 + 0.38х2х3 – 0.44х22 + 0.19х1х3 – 0.19х2х4 + 0.69х3 – 0.37х1х4 + 0.6х4 – 1.07х42 (3)

За експериментальними даними, одержаними для міцності на зріз (Rcp), побудована ЕС-модель (4), яка має вигляд:

Rcp = 38.9 + 3.51х1 + 9.22х12 + 1.18х1х2 + 2.98х1х3 – 1.56х2х4 – 2.68х1х4 + 5.98х4 – 6.05х42 (4)

На рис.2 показані ізоповерхні зміни осідання конуса (ОК) і міцності на згин (Rbtb) дисперсно-армованої бетонної суміші. Ізоповерхні побудовані за експериментально-статистичними моделями (1) і (3).

Після проведення першого етапу експерименту можна зробити наступні висновки. Застосування, при улаштуванні буроін’єкційних паль, додаткового дисперсного армування полімерною фіброю (в кількості 600 г/м3) і феросиліцію (в кількості 10 м.ч. від маси цементу), в комплексі з відсівом щебеню покращує експлуатаційні характеристики палі. При цьому технологічний показник – осідання конуса залишається на необхідному рівні і відповідає литим бетонним сумішам, що дає можливість використання таких сумішей для улаштування БІП малого діаметру.

На другому етапі досліджували дрібнозернисті бетони з дрібним заповнювачем – кварцовим піском. Вибір дрібного заповнювача був обумовлений тим, що на виробництві, як правило, застосовують обладнання для цементно-піщаних складів.

За результатами досліджень були побудовані нелінійні ЕС-моделі, які в свою чергу визначали наступні технологічні показники:

- Розплив суміші:

D (мм) = 179.8 5.86x1 + 7.0x1x2 26.2x2 + 6.8x2x3 + 24.0x3 17.8x32 (5)

На рис.3.а відображений вплив варійованих факторів на технологічний показник – рухливість. Аналіз діаграм дозволяє сказати, що найбільш суттєво на рухливість (розплив) суміші дисперсно-армованого цементно-піщаного розчину БІП впливає дозування феросиліцію. Також дуже відчутний вплив надає перехід від дрібних пісків до суміші дрібних з крупними приблизно в рівних частках. Збільшення вмісту фібри неістотно знижує розплив суміші в зоні максимальних значень інших факторів і не впливає на рухливість в зоні мінімальних значень.

- Водовідділення суміші:

Wout (%) = 1.67 0.06x1 + 0.04x1x2 + 0.07x1x3 0.48x2 0.08x32 0.17x2x3 + 0.23x3 0.09x32 (6)

На рис.3.б відображений вплив варійованих факторів на технологічний показник – водовідділення. З діаграми видно, що зміна вмісту фібри не суттєво впливає на величину водовідділення суміші, при цьому декілька знижуючи даний показник. Найвідчутніше на водовідділення вплинуло заміна частини цементу феросиліцієм. Як видно з рис. 3.а. перехід від дрібного до крупного піску призводить до збільшення водовідділення суміші.

Дослідження експлуатаційних показників показало наступне.

Загальноприйнятий базовий показник якості – зміна міцності на стиск (Rb), при варіюванні даних факторів складу описується наступною ЕС-моделлю:

Rb (МПа)=37.990.62x0.51x12+0.56x1x2+0.22 x1x3+0.88x20.51x22+1.09x3 (7)

Зміна дозування фібри утворює незначний вплив на міцність на стиск. У той же час заміна частини цементу феросиліцієм, і перехід від дрібних пісків до крупних, сприяє підвищенню міцності бетону у всьому діапазоні варіювання факторів.

Вплив варійованих факторів складу на міцність на згин (Rbtb), описується ЕС-моделлю (sэ = 0.278 МПа):

Rbtb (МПа) = 5.58 + 0.39x1 + 0.34x2 + 0.55x3 0.23x32 (8)

Збільшення рівня будь-якого з трьох варійованих факторів викликає підвищення міцності на згин. При цьому застосування всіх факторів на максимальних рівнях може покращити даний показник в 1.76 рази.

Крім міцності на стиск і міцності на згин в роботі досліджувався такий важливий для БІП показник, як міцність на зріз (Rср). Приведена нижче ЕС-модель (9) описує вплив варійованих факторів складу на величину Rср:

Rср (МПа) = 44.54 + 6.25x1 + 4.57x12 + 1.76x2 2.88x22 + 4.00x3 + 0.92x32 (9)

При дослідженні показників дисперсно-армованого дрібнозернистого бетону БІП оцінювався також критерій тріщиностійкості. Модель (10), що описує вплив варійованих факторів на рівень К1с, приведена нижче:

K1с (МПа·м0.5) = 0.248 + 0.006x1 + 0.010x2 + 0.008x22 + 0.011x3 (10)

Всі три варійовані фактори суттєво покращують тріщиностійкість матеріалу. Причому, характер цього впливу аналогічний як в зоні мінімуму, так і в зоні максимуму. Збільшення дозування полімерної фібри в діапазоні від 200 до 600 гр/м3 лінійно підвищує критичний коефіцієнт інтенсивності напруг. Використання всіх факторів на максимальних рівнях може покращати даний показник в 1.24 рази.

Результати досліджень першого і другого етапу підтвердили гіпотезу про можливість суттєво поліпшення експлуатаційних показників за допомогою додаткового армування буроін’єкційних паль малого діаметру полімерною фіброю. При цьому технологічні показники залишаються на необхідному рівні.

За результатами експериментальних досліджень був проведений обчислювальний експеримент з оптимізацією експлуатаційно-техноло-гічних показників, шляхом підбору оптимального складу для буроін’єкційних паль.

До досліджувального складу були пред'явлені вимоги-обмеження за технологічними показниками: розплив суміші (D) не менше 160 мм і водовідділення (Wout) не більше 2 % (рис. 4.). При цьому три експлуатаційні показники повинні бути оптимізовані на максимальних рівнях – міцність на згин (Rbtb), критерій тріщиностійкості (К1с) і водонепроникність (W), що характеризує довговічність бетону.

Проведений комп'ютерний пошук з використанням методу «Монте-Карло» дозволив вибрати оптимальний склад.

За результатами обчислювального експерименту прийнято компромісне рішення по вибору оптимального складу з наступною витратою матеріалів на 1 м3 бетонної суміші: портландцемент М 400 – 640 кг; феросиліцій – 71 кг; пісок – 1070 кг; суперпластифікатор С-3 – 4,63 кг; вода – 370 л; полімерна фібра – 0,6 кг.

У четвертому розділі приведені результати досліджень улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим армуванням на технологічних моделях.

На моделі (рис.5) була імітована технологія улаштування БІП за допомогою обсадної труби – 1. Максимальний тиск опресовування складав 0.12 МПа. Довжина палі склала 1000 мм.

Дослідження на моделях показали наступне.

Армування полімерною фіброю з введенням феросиліцію і збільшення модуля крупності піску в ін'єкційному складі не робить суттєвого впливу на технологічні показники в процесі улаштування буроін’єкційних паль.

При малому опресовочному тиску в дисперсно-армова-ній моделі палі, в порівнянні з неармованою, практично не спостерігається зміна діаметру.

Показники кольматації прилеглого ґрунту моделі дисперсно-армованої палі близькі до показників кольматації палі без армування.

Дисперсне армування БІП не погіршує конструктивно-технологічних показників палі: збільшення діаметру при опресовуванні і кольматацію ґрунту навколо палі.

Були розроблені організаційно-технологічні заходи по посиленню несучої конструкції підпірної стінки за допомогою буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю (м. Одеса, Приморський бульвар). У їх складі: –

організація будівельного майданчика; –

технологічний регламент виробництва робіт; –

відомості потреб в машинах, обладнанні і матеріалах; –

вказівки по контролю якості, техніці безпеки і охороні праці;–

схема виробництва робіт;–

календарний графік виробництва робіт.

У складі заходів по посиленню підпірної стінки – улаштування 22 буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим армуванням полімерною фіброю, довжина – 8 м, кут нахилу паль до горизонту – 300о, діаметр – 132 мм.

У п'ятому розділі за аналізами результатів проведених досліджень була розроблена і запатентована технологія улаштування буроін’єкційних паль (БІП) з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю. Суть запатентованої технології полягає в наступному.

Проводять буріння свердловини під буроін’єкційну палю. Досягши проектної глибини, буріння припиняють і встановлюють в свердловину арматурний каркас. Готують бетонну суміш. Приготування бетонної суміші здійснюють в декілька стадій. На першій стадії перемішують необхідну кількість цементу і піску. У суху суміш вводять задану кількість полімерної фібри. Після чого все ретельно перемішується для рівномірного розподілу фібри в об'ємі. На наступній стадії вводять необхідну кількість води з добавлянням суперпластифікатора та знову перемішують до отримання однорідної суміші. Приготовлену таким чином бетонну суміш, дисперсно-армовану полімерною фіброю, подають в свердловину. По закінченні проводять опресовування свердловини під тиском 0,2 – 0,3 МПа.

Виробнича перевірка представлених в роботі результатів досліджень і апробація технології улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю виконувалася на трьох об'єктах.

Перший об'єкт – підземна частина підпірної стінки на Приморському бульварі в м. Одеса.

Для укріплення підпірної стінки влаштовувалися анкера у вигляді похилих буроін’єкційних паль малого діаметру, що пронизують стінку і заглиблюються у вапняк-черепашник на 4 м. Для улаштування паль була використана цементно-піщана суміш.

Буріння свердловин під палі виконувалося за допомогою механізму УНБ-3. Бетонна суміш готувалася із застосуванням бетонозмішувача. Суміш ін'єкціровалась за допомогою насоса НР-4.

Метою апробації було визначення впливу додаткового дисперсного армування і модифікуючих добавок на технологію приготування і улаштування паль.

Були розглянуті два способи приготування дисперсно-армованої суміші. В процесі приготування контролювалися технологічні показники (рухливість і водовідділення суміші).

Згідно першому варіанту технології приготування – полімерна фібра перемішувалася у воді, а потім послідовно вводилися решта компонентів (цемент, феросиліцій і пісок).

Другий варіант технології приготування: полімерна фібра перемішувалася з піском, пізніше вводилися цемент і феросиліцій, а потім вода.

В процесі приготування розчинних сумішей по двох варіантах візуально контролювалися однорідність суміші і утворення скупчень волокон у вигляді грудок і клубків. Візуальний контроль показав, що на початковій стадії перемішування були зафіксовані утворення невеликих скупчень волокон. В процесі подальшого перемішування фібра поступово розподілялася по всьому об'ємі суміші.

В результаті досліджень на об'єкті визначений найбільш ефективний спосіб приготування суміші. При використанні першого варіанту технології, час перемішування менше на 25% в порівнянні з другим варіантом. Цей час, практично, не відрізняється від традиційного варіанту приготування суміші без дисперсного армування. При цьому технологічні показники (рухливість і водовідділення) і в першому, і в другому варіантах, не відрізнялися від показників традиційних складів без фібри.

Другий об'єкт знаходиться в с. Холодна балка Одеської обл. Проектне рішення передбачало улаштування пальової основи для басейну з буроін’єкційних паль. По периметру котловану передбачено улаштування 9 буроін’єкційних паль на глибину 9 м, діаметром 220 мм. Палі влаштовувалися із застосуванням водоцементного складу.

Буріння свердловин під палі виконувалося за допомогою установки СКБ-41. Склад готували із застосуванням розчинозмішувача СО-149. Ін'єкціровувався склад за допомогою насоса НР-4.

На цьому об'єкті досліджувалися технології приготування і улаштування паль, а також вплив на ці процеси додаткового дисперсного армування і модифікуючих добавок.

При виробничій апробації на об'єкті №2 була виявлена можливість додаткового армування водоцементних складів. Застосування додаткового армування полімерною фіброю в таких складах, практично, не впливає на технологічні показники розчину.

Третій об'єкт знаходиться в м. Одеса за адресою вул. Військовий спуск, будинок 24. Проектним рішенням заплановане посилення фундаментів під існуючу будівлю. По периметру підсилюємого фундаменту було влаштовано 22 буроін’єкційні палі на глибину 7,5 м, діаметром 220 мм. Палі влаштовувалися із застосуванням цементно-піщаного складу.

Буріння свердловин під палі виконувалося за допомогою УБГД-10. Для приготування і ін'єкції суміші в свердловини використовувалася розчина станція СО-362, в її склад входила лопатева розчиномішалка об'ємом 0,25 м3 і пневмонагнітач.

При цьому досліджувалися особливості приготування сумішей і улаштування паль, а також вплив на ці процеси додаткового дисперсного армування і модифікуючих добавок в інших умовах будівництва із застосуванням іншої техніки.

Розрахунок економічної ефективності проводився за результатами апробації на першому об'єкті. Загальний об'єм буроін’єкційних паль з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю, виготовлених дослідно-виробничим шляхом, склав 22 палі (176 пог.м.). В результаті застосування розробленої технології економічна ефективність склала 45%, а економічний ефект склав 50,30 грн. на 1 пог.м. готової палі. Загальний економічний ефект від впровадження результатів досліджень на об’єкті складає 8852,8 грн.

Аналіз результатів досліджень і апробації у виробничих умовах дозволили розробити рекомендації для посилення фундаментів буроін’єкційними палями малого діаметру з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю. Розроблена технологія складається з наступних основних етапів:

1. Інженерно-геологічні дослідження основ підсилюємої будівлі.

2. Розробка конструктивного рішення по посиленню фундаментів буроін’єкційними палями.

3. Підготовчі роботи.

4. Установка бурового обладнання.

5. Буріння свердловин до проектних відміток, рис. 6.

6. Приготування розробленої суміші, рис. 7.

· Розчинення суперпластифікатора у воді.

· Введення фібри і перемішування до однорідності складу.

· Введення цементу і феросиліцію, з доведенням їх до однорідного складу.

· Введення піску і перемішування до однорідного складу

7. Установка арматурного каркасу в свердловину, рис. 8.

8. Установка на дно свердловини труби-ін'єктора для подачі розчину.

9. Заповнення свердловини розробленою сумішшю за допомогою встановленої труби-ін'єктора, рис. 9.

10. Герметизація устя свердловини (установка обтюратора).

11. Опресовування свердловини із забою, рис. 10.

12. Витягання труби-ін'єктора до устя свердловини.

13. Остаточне опресовування з устя свердловини, рис. 11.

14. Витягання труби-ін'єктора і обтюратора з свердловини.

15. Добетонування голови палі при необхідності.

16. При необхідності виконання додаткових заходів по збільшенню площі спільної роботи паль і підсилюваємого фундаменту, рис. 12.

Висновки

1. Технологія улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру, зокрема при посиленні фундаментів високоефективна, а в деяких умовах – незамінна.

2. При улаштуванні буроін’єкційних паль малого діаметру найбільш значущими експлуатаційно-технологічними показниками є: рухливість і водоутримуюча здатність суміші, показники міцності, тріщиностійкість, водонепроникність, водопоглинання.

3. При використанні в технології улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру бетонних сумішей, із застосуванням розроблених складів, можна покращити основні експлуатаційні показники: міцність на стиск – в 2,4 рази, міцність на згин – в 1,65 рази, міцність на зріз – в 1,95 рази. При цьому технологічні показники залишаються на необхідному рівні.

4. Оптимальний склад для технології улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру включає наступні компоненти: портландцемент М 400 – 640 кг/м3; феросиліцій – 71 кг/м3; пісок (Мк=2,5) – 1070 кг/м3; суперпластифікатор С-3 – 4,63 кг/м3; вода – 370 кг/м3; полімерна фібра – 0,6 кг/м3.

5. При використовуванні в технології улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру розчинних сумішей, із застосуванням розроблених складів можна покращити основні експлуатаційні показники: міцність на стиск – в 1,2 рази, міцність на згин – в 1,76 рази, міцність на зріз – в 1,7 рази, тріщиностійкість – в 1,24 рази, водонепроникність – в 2,4 рази, водопоглинання – в 1,2 рази. При цьому технологічні показники залишаються на необхідному рівні.

6. Позитивні результати досліджень в лабораторних умовах дозволили розробити нову технологію улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю для впровадження на реальних об’єктах м. Одеси і Одеської області.

7. В результаті виробничої апробації виявлений найбільш ефективний варіант приготування суміші для розробленої технології улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю.

8. Впровадження розробленої технології на трьох об’єктах показало її високу економічну ефективність. Вона склала 50,30 грн. на 1 пог. м. готової палі. Загальний економічний ефект від впровадження результатів досліджень при посиленні підпірної стінки на Приморському бульварі в м. Одесі склав 8852,8 грн.

Основні положення дисертації викладено в працях

1. Бичев И.К. Перспектива использования фиброармирования при усилении фундаментов буроинъекционными сваями // Компьютерное материаловедение и обеспечение качества. Мат-лы 45-го межд. сем. по моделированию и оптимизации композитов MOK45. – Одесса, Астропринт, 2006. – С. 188-189.

2. Менейлюк А.И., Попов О.А., Бичев И.К. Способ возведения буроинъекционных свай в водонасыщенных грунтах // Вісник ОДАБА. – Одеса, Місто майстрів, 2006. – Вип. 23. – С. 209-214.

3. Армирование откосов буроинъекционными сваями малого диаметра / А.И. Менейлюк, О.А. Попов, И.К. Бичев, М.В. Кирьяков, И.С. Чернов // Армування основ при будівництві та реконструкції будівель і споруд: сб. наук. трудів. - НДІБК.: - Київ, 2007. - с. 141-150.

4. Бичев И.К. Изучение влияния дисперсного армирования и модифицирующих добавок на технологические показатели буроинъекционных свай / Вісник ОДАБА. - Одеса, Зовніш-рекламсервіс, 2007. - Вип. 26. - С. 76-83.

5. Бичев И.К., Менейлюк А.И. Исследование влияния дисперсного армирования и модифицирующих добавок на эксплуатационные показатели буроинъекционных свай / Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. научн. трудов. – ПДАБА.: - Днепропетровск, 2007. – с. 281-287.

6. Антонюк Н.Р., Бичев И.К. Поиск методом Монте-Карло компромиссных рецептурно-технологических условий при устройстве буроинъекционных свай / Коммунальное хозяйство городов: научно-технический сборник. – ХНАГХ.: - Киев, 2007. – с. 147-152.

7. Пат. 15740 України, МПК Е 02 D 3/12. Спосіб зведення буроін’єкційної палі у насичених водою ґрунтах. / Менейлюк О.І., Попов О.О., Бічев І.К.; Заявл. 16.01.06; Опубл. 17.07.06, №7. – 2 с.

8. Менейлюк А.И., Антонюк Н.Р., Бичев И.К. Результаты апробации новой технологии устройства буроинъекционных свай малого диаметра с дополнительным дисперсным армированием полимерной фиброй / Вісник ОДАБА. - Одеса, Зовніш-рекламсервіс, 2008. - Вип. 29. - С. 156-162.

АНОТАЦІЯ

Бічев І. К. Технологія улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру при посиленні фундаментів – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.23.08 технологія та організація промислового та цивільного будівництва. – Одеська Державна Академія Будівництва та Архітектури, Одеса 2008.

Робота присвячена вирішенню задачі вдосконалення технології пристрою буроін’єкційних паль малого діаметру шляхом додаткового армування полімерною фіброю.

У роботі проведені дослідження і встановлені закономірності впливу варійованих факторів найбільш значущі експлуатаційно-технологічні показники буроін’єкційних паль. При використанні якнайкращого розробленого складу, величини технологічних показників знаходяться на необхідному рівні. Експлуатаційні показники при цьому поліпшуються в 1,2 – 2,4 разу.

Розроблена нова технологія улаштування буроін’єкційних паль малого діаметру з додатковим дисперсним армуванням полімерною фіброю, і розроблені організаційно-технологічні заходи для застосування цієї технології при посиленні підпірної стінки

Результати впровадження, отримані на трьох реальних об'єктах будівництва, показали їх достатню збіжність з результатами лабораторних досліджень. Економічна ефективність розробленої технології склала 45%. Розроблені рекомендації по застосуванню нової технології.

Ключові слова і скорочення: буроін’єкційні палі – БІП, експериментально-статистичні моделі – ЕС-моделі, дисперсно-армований бетон, полімерна фібра, ін'єкція, технологічні параметри, рухливість, водовідділення, опресовування.

АННОТАЦИЯ

Бичев И.К. Технология устройства буроинъекционных свай малого диаметра при усилении фундаментов – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 технология и организация промышленного и гражданского строительства. – Одесская Государственная Академия Строительства и Архитектуры, Одесса 2008.

Работа посвящена решению задачи совершенствования технологии устройства буроинъекционных свай малого диаметра путем дополнительного армирования полимерной фиброй.

В работе выполнен анализ традиционных технологий усиления фундаментов, устройства буроинъекционных свай и сделан анализ опыта применения дополнительного армирования в строительстве.

Изложена методика проведения исследований для решения поставленной цели, которая обеспечила проведение достаточного количества экспериментов для качественной и количественной оценки влияния основных исследуемых факторов и их совокупности на эксплуатационно-технологические показатели буроинъекционных свай. Для исследования характера влияния варьируемых факторов на рассматриваемые показатели был распланирован и произведен ряд натурных исследований в лабораторных условиях.

При планировании и последующей обработке результатов применялось экспериментально-статистическое моделирование. Были спланированы два этапа исследований. На первом этапе рассмотрены бетонные смеси для устройства буроинъекционных свай и влияния дополнительного армирования, введения заменителя части цемента – ферросилиция и замена части заполнителя (песка) на более крупный (отсев щебня 2,5-5,0 мм) на рассматриваемые показатели. На втором этапе рассмотрены растворные смеси для устройства буроинъекционных свай и влияния дополнительного армирования, введения заменителя части цемента – ферросилиция и увеличение модуля крупности заполнителя (песка) на рассматриваемые показатели.

Установлены закономерности влияния варьируемых факторов на эксплуатационно-технологические показатели буроинъекционных свай, полученные в результате анализа экспериментально-статистических моделей.

Установлена возможность улучшения эксплуатационных показателей при использовании разработанной технологии и обеспечения технологических показателей на требуемом уровне: прочность на сжатие в 1,2 раза; прочность при изгибе в 1,76 раза; прочность на срез в 1,7 раза; трещиностойкость в 1,24 раза; водонепроницаемость в 2,4 раза; водопоглощение в 1,2 раза.

По результатам экспериментальных исследований был проведен вычислительный эксперимент с оптимизацией эксплуатационно-технологических показателей, путем подбора оптимального состава для буроинъекционных свай.

К искомому составу были предъявлены требования-ограничения по технологическим показателям: расплыв смеси (D) не менее 160 мм и водоотделение (Wout) не более 2 %. При этом три эксплуатационных показателя были оптимизированы на максимальных уровнях – прочность при изгибе (Rbtb), критерий трещиностойкости (К1с) и водонепроницаемость (W).

По результатам вычислительного эксперимента выбран компромиссный состав со следующими параметрами: Портландцемент М400 – 640,0 кг/м3, ферросилиций – 71 кг/м3, песок – 1070,0 кг/м3, суперпластификатор С-3 – 4,63 кг/м3, вода – 370,0 кг/м3, полимерная фибра – 0,600 кг/м3.

Проведены исследования влияния разработанной технологии на устройство буроинъекционных свай на технологических моделях. При этом определялась кольматация прилегающего к свае грунта и увеличение диаметра сваи от опрессовки. Было определено, что дисперсное армирование буроинъекционных свай не ухудшает конструктивно-технологических показателей сваи: увеличение диаметра при опрессовке и кольматацию грунта вокруг сваи.

Были разработаны организационно-технологические мероприятия по усилению несущей конструкции подпорной стенки с помощью буроинъекционных свай малого диаметра с дополнительным дисперсным армированием полимерной фиброй (г. Одесса, Приморский бульвар).

Анализ результатов проведенных исследований позволил разработать и запатентовать технологию устройства буроинъекционных свай с дополнительным армированием полимерной фиброй.

Результаты внедрения, полученные на трёх реальных объектах строительства, показали их достаточную сходимость с результатами лабораторных исследований. При использовании наилучшего разработанного состава, полученного в результате экспериментальных исследований, величины технологических показателей находятся на необходимом уровни. Эксплуатационные показатели при этом улучшаются в 1,2 – 2,4 раза.

Экономическая эффективность разработанной технологии составила 45%. Общий экономический эффект от внедрения результатов исследований на объекте составил 8852,8 грн.

Были разработаны рекомендации по устройству буроинъекционных свай малого диаметра с дополнительным дисперсным армированием полимерной фиброй при усилении фундаментов.

Ключевые слова и сокращения: буроинъекционные сваи – БИС, дисперсно-армированный бетон, полимерная фибра, инъекция, технологические параметры, подвижность, водоотделение, опрессовка.

ANNOTATION

Bichev I.K. Technology of arrangement if bore injection piles of a small diameter at strengthening of foundations – manual.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on the speciality 05.23.08 – technology and organization of industrial and civil construction. – Odessa State Building and Architecture Academy, Odessa 2008.

The work is devoted to solving of a problem on impovement of technology of bore injection piles of a small diameter by meens of additional reinforcement of with polymeric fiber.

Scientific researches are given in the work and appropriateness of various’ factors influence on research exploitation-technological indices of bore injection piles are established at using of the best worked out composition values of technological indices are at the necessary level. Exploitation indices are improved in 1,2-2,4 times.

A new technology of arrangement of bore injection piles of a small diameter with additional disperse reinforcement with polymeric fiber is worked out and organization-technological arrangements for using of this technological at strengthening of a supporting wall is elaborated.

The results of introduction received on three real objects of construction showed their sufficient similarity with the results of laboratory researches. The economic efficiency of the developed technology mode up 31 %. Recommendation for