Змінення характеристик грунту навкруги заін’єцированих свердловин під час виготовлення анкерів та паль

 

Изменение плотности сложения грунта при прессиометрическом расширении. Для определения плотности сложения испытуемого грунта была выполнена статистическая обработка опытных данных, что включало в себя исключение возможных грубых ошибок по причине погрешностей измерений, которые носят систематический характер [4].

Для учета случайных ошибок была использована доработанная нами методика обработки результатов испытаний, предложенная Никитенко и М. Хелло Мусса [1, 2]. Суть изменения методики заключалось в введении предположения, что относительная деформация каждого i+1 слоя должна быть менее относительной деформации i-того слоя (рис. 3).

 

Рис. 3. Расчетная схема прессиометрического расширения скважины

 

По полученным обработанным данным были построены графики изменения плотности сложения испытуемых грунтов на удалении от оси скважины (рис. 4). 

 

При прессиометрическом расширении скважин видно наличие участков уплотнения и разуплотнения грунтов, расположенных на расстоянии 1, 2-2, 2R1, 0.

Наличие зон разуплотнения на таком расстоянии от стенки скважины свидетельствует о возможности сдвига по боковой поверхности сваи или анкера не только на контакте цементный камень-грунт, но и на участке разупрочнения грунта.

В случае увеличения начального диаметра скважины более чем на 65% (R0, 1/R1, 1>1, 65) имело место развитие радиальных силовых трещин вдоль расположения опытных марок в радиальном направлении. Данный факт свидетельствует о направлении возможных разрывов при выполнении инъекции в грунтах. Данные разрывы проходят по наиболее ослабленным сечениям в грунте, а также на участках с возможной концентраций напряжений. Так, в проводимых лабораторных опытах, концентраторами напряжений являлись металлические марки, т. к. они обладают большей, по сравнению с грунтом, прочностью и модулем упругости материала.

Необходимо отметить, что увеличению начального диаметра скважины R0, 1/R1, 1=1, 65 соответствует максимальная плотность сложения грунтов и минимальный коэффициент пористости. В результате выполненных лабораторных опытов и статистической обработки полученных данных определены минимально возможные коэффициенты пористости грунтов, после которых в грунтах начинаются процессы разрывов и возникает контракция:

- для песков пылеватых – еmin=0, 29;

- для супеси пылеватой – еmin =0, 33.

Изменение плотности сложения грунта при инъекционном расширении. Закономерности изменения плотности сложения песка среднего и супеси пылеватой вокруг расширяющейся скважины за счет инъекции производилось при крупномасштабных лабораторных исследованиях. Методика выполнения инъекции описана ранее. Образцы для определения плотности грунта и влажности отбирались с шагом 50 мм в радиальном направлении и с шагом 150 мм по высоте.

Изменение удельного веса супеси пылеватой в радиальном направлении находиться в интервале 22, 5-18, 0 кН/м3, коэффициента пористости 0, 45-0, 63 (рис. 5) ; для песка среднего данное изменение составляет: для удельного веса 19, 5-17, 6 кН/м3 (рис. 5), коэффициента пористости – 0, 49-0, 62.

 

Изменение влажности грунта при инъекционном расширении. Выполненные исследования свидетельствуют, что изменение влажности околосвайного массива глинистых грунтов обнаруживается более чем через 21 сутки после инъекции; для песчаных грунтов данное изменение не проявляется уже через 10 суток.

Влажность супеси пылеватой около сваи на 28 сутки превышает общую влажность массива грунта на 0, 5-3, 5% (рис. 6), что изменяет консистенцию глинистого грунта с твердой до пластичной либо текучей. Особенно ярко этот факт проявляется в первые сутки после выполнения инъекции, т. к. необходимое для гидратации водоцементное отношение должно находиться в интервале 0, 22-0, 25, а нагнетаемый в скважину раствор имел В/Ц=0, 5. Избыток «лишней» проникал в поры грунта, тем самым изменяя его консистенцию, что приводит к снижению сопротивляемости грунта на сдвиг по боковой поверхности.

 

Для супеси пылеватой наибольшее изменение влаги происходит в нижней части сваи, за счет контактной фильтрации где по контакту «свая-грунт» и в верхней части сваи, т. е. на участке, где находиться свободная влага, которая не проникает вниз.

Для песчаных грунтов наибольшая влажность характерна в нижней части формирования инъекционного тела в силу фильтрационных свойств грунта. В семидневный срок после устройства инъекции влажность исследуемого песчаного грунта на контакте с цементным телом не превышает 10, 5%.

Наличие большого количества свободной воды вокруг заинъецированного тела существенно влияет на прочностные характеристики грунтов.

Лабораторные исследования механических свойств грунта. Исследования изменения механических свойств грунта выполнялось косвенным путем по величине сопротивления грунта динамическому зондированию вокруг заинъекционных тел [5].

При этом было выявлено, что сопротивление грунтов динамическому зондированию во времени увеличивается. Для глинистых грунтов увеличение сопротивлению зондированию также увеличивается к центру инъекционного тела. Это обусловлено уменьшением показателя консистенции околосвайного пространства за счет выравнивания влажности в исследуемом объеме грунта.

В соответствии с увеличением сопротивления зондированию происходит и увеличение прочностных характеристик грунта, т. е. угла внутреннего трения и сцепления.

Так, при изменении условного динамического сопротивления супеси пылеватой от 3, 6 МПа под подошвой инъекционного тела до 5, 6МПа на 28 сутки угол внутреннего трения изменяется от 27º до 28º, удельное сцепление от 30 кПа до 35 кПа.

Изменение условного динамического сопротивления песка среднего под пятой заинъецированного тела в период 7-14 суток составляет не более 0, 5 МПа, поэтому угол внутреннего трения и сцепление остаются неизменными. Однако в радиальном направлении происходит существенное снижение сопротивления динамическому зондированию: от 6 МПа на границе инъекционного тела до 3, 0 МПа на удалении от него. Данному изменению соответствует уменьшение угла внутреннего трения от 35, 5 º до 33 º, и значительное уменьшение сцепления: от 1, 2 кПа до 0, 0 кПа.

 

1. Никитенко, М. И. Буроинъекционные анкеры и сваи при возведении и реконструкции зданий и сооружений: монография / М. И. Никитенко. – Минск: БНТУ, 2007. – 580 с.

2. Мухаммад, Х. М. Буроинъекционное упрочнение оснований зданий и сооружений при реконструкции: дис. … канд. техн. наук: 05. 23. 02 / Х. М. Мухаммад. – Минск, 1998. – 196 с.

3. Мишаков, В. А. Разработка конструкции и методики расчета инъекционных «грунтовых» анкеров, устраиваемых в песчаных грунтах: дис. … канд. техн. наук: 05. 23. 02 / В. А. Мишаков. – Л. 1984. – 98 с.

4. Методы статистической обработки результатов испытаний: ГОСТ 20522-96. – Введ. 01. 04. 97. – Минск: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 1997 – 21 с. 5. Прочностные и деформационные характеристики грунтов по данным динамического зондирования. Правила определения: ТКП 45-5. 01-17-2006 (02250). – Введ. 03. 03. 2006. – Минск: Минстройархитектуры, 2006. – 20с.