Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 9
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 17
Общие сведения 17
Поверхностное уплотнение грунтов оснований 19
Метод уплотнения грунтов оснований тяжелыми трамбовками 25
Взрывной метод уплотнения грунтов оснований 33
Метод глубинного уплотнения песчаных грунтов оснований установкой продольного вибрирования 47
1.5.1. Существующие предложения по совершенствованию метода глубинного уплотнения грунтов оснований
виброустановкой 50
Другие методы глубинного уплотнения грунтов оснований. 62
Выводы и задачи работы* 76
2. УПЛОТНЕНИЕ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ
ОСНОВАНИЙ МЕТОДОМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО
ВЗРЫВАНИЯ ЗАРЯДОВ 84
Постановка задачи- 84
Результаты сравнительных испытаний методов последовательного и одновременного взрывания зарядов 85
Теоретическоеобоснование временного интервала между взрывами последовательных зарядов 93
Методика назначения параметров уплотнения оснований при последовательном взрывании зарядов. 96
Выводы игрекомендации по главе 2 98
стр. ВОЗМОЖНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИНАМИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ НЕСВЯЗНЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ
ОСНОВАНИЙ ПРИ АЭРИРОВАНИИ ГРУНТА 100
Основная идея и пути её реализации 100
Теоретические основы предлагаемого решения.... 102 Результаты проверки степени и стабильности
аэрации грунтовой среды 114
Методика и результаты лабораторной проверки воздействия трамбовки на грунты основания при
наличии зоны аэрирования грунта 121
Рекомендации по практическому применению метода уплотнения слабосвязных водонасы-щенных грунтов оснований при» создании)стенок
из аэрированного грунта 129
Выводы по главе 3 136
УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ
ВИБРОУСТАНОВКОЙ МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ
КОНСТРУКЦИИ 138
Постановка задачи 138
Опытное уплотнение грунтов основания
виброустановкой 139
Результаты сравнительных опытно-
производственных испытаний виброустановки
известной и модернизированной конструкции 143
Методика выбора рабочих параметров
уплотнения оснований модернизированной
виброустановкой 146
стр.
Выводы и рекомендации по главе 4 151
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА УПЛОТНЕНИЯ* ВОДО-
НАСЫЩЕННЫХПЕСКОВ ОСНОВАНИЙ 154
Постановка задачи 154
Сравнительные опытные исследования различ
ных методов зондирования оснований 156
Анализ полученных данных- испытаний методов.
зондирования 163
Выводы ирекомендациипо главе 5 168
РАСШИРЕНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ДИНАМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ УПЛОТНЕНИЯ
СЛАБОСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ W
СООРУЖЕНИЙ 170
Постановка.задачи- 170
Перспективы применения динамического уплотнения, при укладке золошлаковых
грунтов (ЗШМ) 171
Постановка задачи 171
Лабораторные исследования динамического, уплотнения ЗШМ и их физико-механических*
свойств 172
Анализ, полученных результатов 186
Выводы,по разделу 6.2 188
Обоснование целесообразности
использования тяжелых двухмассных
трамбовок для возведения плотин из
гравийно-галечниковых грунтов 190
стр.
История вопроса и постановка задачи 190
Особенности возведения Ирганайской плотины... 190
Имеющийся опыт уплотнения грунтов на строительстве Ирганайской плотины 195
Конструктивное решение двухмассной трамбовки
и выбор грузоподъемного оборудования 198
Результаты опытно-производственного уплотнения водонасыщенных песчаных грунтов оснований аналогом разработанной тяжелой двухмассной трамбовки 209
Сравнительные теоретические исследования разработанного и известного вариантов двухмассной трамбовки 215
Контроль качества уплотнения гравийно-галечниковых* грунтов оснований 229
Выводы, основные результаты и рекомендации
по разделу 6.3: 230
6.4. Исследование уплотнения песчаных грунтов
оснований при отсыпке в текущую воду 233
История вопроса- 233
Постановка и обоснование задачи исследований 235
Экспериментальные исследования укладки песчаного грунта в текущую воду 238
6.4.3.1. Описание лабораторной установки 238
Теоретические предпосылки выбора гидравлических параметров лабораторной установки 240
Методика проведения экспериментов 242
стр.
Результаты проведенных исследований 247
Выводы по результатам проведенных исследований и перспективы использования предложенного метода в разделе 6.4 249
6.5. Разработка взрывного метода заполнения
каменной наброски песком в подводной зоне оснований с попутным уплотнением песка
Постановка задачи 250
Анализ известного опыта по заполнению
каменной наброски песком 251
История вопроса 251
Экспериментальные лабораторные исследования
процесса-заполнения каменной наброски песком
и его уплотнения динамическими нагрузками 252
6.5.2.3. Экспериментальные лабораторные исследования
физических явлений, происходящих в каменной
наброске при её заполнении песком и
динамическом уплотнении 256
6.5.2.4 Теоретические исследования процесса
уплотнения песка при заполнении каменной
наброски,динамическим воздействием 263
Постановочные сведения 263
Расчет осадки песка в порах каменной наброски.. 265
Определение необходимой толщины слоя песка на поверхности каменной наброски, компенсирующей осадку песка в поры каменной наброски 269
стр. 6.5.2.4.4. Расчет времени переукладки частиц песка в слое
каменно-песчаной наброски 271
Натурные условия применения взрывного метода для заполнения каменной наброски и уплотнения песка 273
Назначение параметров уплотнения взрывами песка и каменной наброски основания, заполненного песком 275
О влиянии явления разгрузки скелета грунта на-процесс уплотнения при учащенной сетке взрывания 278
6.5.6. Выводы и рекомендации по разделу 6.5 286
6.6. Выводы по главе 6 288
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 291
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 299
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 304
ПРИЛОЖЕНИЯ: 322
1. Справка о внедрении динамических методов
глубинного уплотнения (взрывами тяжелой,
двухмассной трамбовкой, виброустановкой) на*
строительстве комплекса защитных сооружений
г. Санкт-Петербурга от наводнений 323
2. Расчет ожидаемого (включая фактический)-
экономического эффекта от внедрения-
виброустановки ВУУП-12 на строительстве
комплекса защиты г. Санкт-Петербурга от
наводнений 327
стр.
Справка о выполненных опытно-производственных разработках для уплотнения гравийно-галечниковых грунтов на строительстве Ирганайской плотины 333
Справка о перспективном внедрении самоходной ударной установки с тяжелой двухмассной трамбовкой для уплотнения грунтов на строительстве Нижне-Бурейской ГЭС 335
Введение к работе
Уплотнение грунтов является эффективным приемом улучшения физико-механических свойств оснований в грунтовых сооруженях, как это отмечается в работах [1-20] и многих других.
Это позволяет существенно повысить или даже преумножить несущую способность основания и, следовательно, значительно увеличить передаваемую нагрузку от зданий и сооружений на единицу его площади, повысить устойчивость и крутизну откосов грунтовых сооружений, уменьшить фильтрацию как в пределах всего сооружения, так и через отдельные его элементы, обеспечить устойчивость структуры грунтов при воздействии динамических (сейсмических, волновых, фильтрационных и т.п.) нагрузок, нарастить полученный* объем сооружений при складировании материалов и т.д., тем самым, поднять надежность и экономичность сооружений и т.п.
Как показали наши последние проработки уплотнению могут быть подвергнуты практически любые грунты и другие материалы оснований, в том числе золошлаковые грунты, жесткие бетонные смеси и т.д.
Среди грунтов подвергнутых динамическому уплотнению главная роль принадлежит несвязным и слабосвязнымх) грунтам, т.к. статическое их нагружение малоэффективно. Поэтому в данной диссертации рассматриваются и разрабатываются в основном динамические методы уплотнения оснований именно из этих грунтов, а также другие случаи, когда эти методы успешно реализуются на практике или могут быть осуществлены в дальнейшем для уплотнения других видов, состояния грунтов и материалов оснований.
Ввиду того, что послойное уплотнение является достаточно известным и изученным процессом, поэтому автор направил свои
ж) Под термином «несвязные» и «слабосвязные» грунты специалисты обычно понимают песчаные грунты, иначе грунты с незначительными структурными связями.
исследования и разработки на совершенствовании методов глубинного уплотнения грунтов оснований и сооружений.
Следует иметь ввиду, что отечественной промышленностью не выпускается никакого специального оборудования для глубинного динамического уплотнения несвязных и слабосвязных грунтов оснований. Его создание и изготовление обычно осуществляется силами производственных мощностей организаций производителей' работ на основе имеющихся в наличии базовых агрегатов. Хотя заводское изготовление (или переоборудование) таких машин технически возможно и вполне необходимо. Учитывая, что при; этом увеличение стоимости уплотнения в расчете на 1 м3 уплотненного грунта основания при значительных его объемах укладки^ будет очень незначительным* затраты- на это будут достаточно экономически оправданными' и. выгодными, обеспечивая значительный' технико-экономический эффект.
Целью настоящей работы является разработка новых технических решений по развитию глубинных методов динамического, уплотнения, песчаных грунтов оснований, в том числе водонасыщенных w расширения области их применения для грунтов других гидротехнических сооружений.
Научная новизна работы заключается в создании новых научных методов инженерных преобразований и контроля качества уплотнения слабосвязных грунтов оснований и сооружений различными динамическими воздействиями для повышения их несущей способности и сейсмодинамической устойчивости.
Подтверждена, эффективность применения этих методов для разных типов сооружений, в том числе при обеспечении безопасности на ограждающие конструкции, близлежащие здания и сооружения и т.д. Разработаны основополагающие технологические приемы применения
11 разработанных методов для их реализации в практике строительства. Более детально установлено следующее:
Выявлена эффективность уплотнения грунтов оснований методом последовательного взрывания зарядов (Пат. № 2060320 РФ, Способ уплотнения слабосвязных грунтов взрывами).
Предложен метод уплотнения водонасыщенных грунтов оснований при аэрировании грунта по периметру зон уплотнения и подтверждена его эффективность (Пат. № 1770526 РФ, Способ уплотнения грунта).
3. На основе виброустановки ВНИИГСа исследована
эффективность модернизированой. установки для уплотнения слоя
песчаного грунта- основания мощной толщи- (Пат. № 2135690 РФ,
Способ глубинного уплотнения песчаных грунтов).
4. Проведена оценка- экспериментальными исследованиями-
различных методов! зондирования* уплотненных водонасыщенных
песков оснований изданы рекомендациигпо их.применению.
5. Доказана- высокая эффективность динамического уплотнения
золошлаковых материалов (ЗШМ) гидротехнических сооружений и
оснований и обоснована эффективность для этого глубинных
динамических методов.
6. Обоснована целесообразность применения двухмассных
тяжелых трамбовок для возведения крупных гидротехнических
сооружений.
Разработан производственный образец, реализующий новую конструкцию рабочего снаряда и способ уплотнения грунта основания (Пат. и а.с. №№ 1770525 РФ, Рабочий орган для динамического уплотнения грунтов и 1320329, Способ уплотнения грунта трамбованием.
7. Подтверждено предложение по повышению плотности укладки
грунтов основания в гидротехнические сооружения при интенсивно
12 движущемся потоке жидкости с перспективой создания натурных установок для его реализации.
8. Обоснована эффективность заполнения взрывами пор каменной наброски основания песком в подводной зоне укладки гидротехнических сооружений при учащенной сетке взрывания зарядов.
Диссертация состоит из введения, 6* глав, общих выводов и рекомендаций, заключения, результатов обеспечения авторского И' патентного права, практического внедрения.
В первой главе диссертации рассматриваются основополагающие принципы поверхностного уплотнения грунтов машинами динамического действия, прежде всего, виброкатками, отмечаются их преимущества по сравнению с катками статического действия. Глубоко анализируется история-развития методов уплотнения грунтов тяжелымиг трамбовками, взрывами и виброуплотнения. Делается- анализ имеющихся предложений по повышению эффективности И' расширению области применения, установки ВУУП конституции ВНИИГС. Приводятся данные о других возможных методах глубинного уплотнения грунтов. Делаются основные выводы, и даются направления диссертационных исследований автора.
Во второй главе ставится задача, дается обоснование и
приводятся результаты производственно-экспериментальных
исследований по методу уплотнения грунтов взрывным методом при одновременном взрывании зарядов взрывчатых веществ (ВВ) и более эффективному последовательному их взрыванию, реализующего запатентованный авторский метод уплотнения грунтов взрывным методом.
Производится теоретическое обоснование по назначению параметров уплотнения при последовательном взрывании зарядов.
В третьей главе делается предложение, дается теоретическое обоснование и приводятся результаты лабораторных исследований по
динамическому уплотнению слабосвязных грунтов оснований (взрывным методом, трамбованием, виброуплотнением), новым методом, при создании аэрированной стенок по периметру зон уплотнения, повышающим эффективность процесса уплотнения и существенно снижающим сейсмо-динамические воздействия на-близлежащие здания и сооружения.
Даются рекомендации по практическому применению этого метода уплотнения и приводятся данные о его преимуществах, снижающих трудоемкость и стоимость уплотнения.
В четвертой главе приводятся результаты сравнительных опытно-производственных испытаний по испытанию установки ВНИИГСа типа «виброёлочка» и модернизированного, уплотнения для уплотнения среднезернистых и мелкозернистых, песков: оснований: Даются рекомендации по применению модернизированной установки" и запатентованного авторского метода уплотнения при;её использовании.1
В пятой- главе приводятся результаты сравнительных опытно-производственных испытаний по определению физико-механических свойств песчаных грунтов с помощью методов статического зондирования установкой ударного действия и виброзондирования взрывного зондирования. Делаются выводы и даются рекомендации по применению методов статического, ударного и взрывного зондирования для определения плотности уплотненных грунтов оснований.
В шестой главе, рассматриваются перспективы применения динамических методов уплотнения для уплотнения золошлаковых и гравийно-галечниковых грунтов, заполнения каменной наброски и горной массы песком и т.д. для потребностей уплотнений оснований в гидроэнергетическом и других типах строительства. Ведется поиск принципиально новых методов динамического уплотнения путем использования энергии движущегося потока жидкости. Приводятся данные лабораторных экспериментальных, расчетно-теоретических
14 натурных исследований, необходимых для их обоснования. Даются выводы и рекомендации.
Основные выводы и рекомендации приведены в конце каждой главы. В завершении диссертации даны общие выводы и рекомендации и заключения по всей работе в целом.
В приложении приводятся результаты и- перспективы внедрения, расчеты фактического и ожидаемого экономического эффектам
Данная работа была выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет» и ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», в которых были проведены теоретические обоснования и лабораторные исследования; соответственно, по взрывному методу уплотнения, виброуплотнению и уплотнению трамбованием.
Натурные исследования проведены на строительстве комплексам защитных* сооружений т. Санкт-Петербурга (Ленинграда) от наводнений.
Работа по исследованию динамической' уплотняемости зольных грунтов- была выполнена в> рамках Целевой научно-исследовательской программы. РАО «ЕЭС России», а по обоснованию эффективности применения двухмассной. трамбовки для возведения каменно-набросных плотин и соответствующие научно-технические проработки - выполнены по договорам НИР с ОАО «Ленгидропроект» и ОАО «Сулакэнерго». Работа по поиску принципиально новых методов уплотнения проводилась в рамках договора НИР с институтом СахалинНИПИ-морнефть, а по заполнению каменной наброски песком -с ФКП «Северо-Западная дирекция Госстроя России - Дирекция по строительству комплекса защитных сооружений г. Санкт-Петербурга от наводнений» - ОАО «Инженерный центр ЕЭС - Институт Ленгидропроект».
Диссертация посвящена её автором памяти «отца русской вибротехники» доктору технических наук, профессору, лауреату премии Совета Министров Олегу Александровичу Савинову и «патриарха»
взрывного метода уплотнения грунтов доктору технических наук, профессору, Заслуженному деятелю науки и техники Петру Леонтьевичу Иванову, учеником которых он считает быть своим приятным и ответственным долгом:
В этой же связи- автор глубоко признателен памяти- докторам технических наук, профессорам Перлею Евгению Мироновичу и Цейтлину Михаилу Григорьевичу за их ценные советы, практическую помощь и доброжелательность к нему.
Автор благодарен доктору технических наук, профессору кафедры «Теоретическая механика» Санкт-Петербургского Университета, путей* сообщения (СПбГУПС) Уздину Александру Михайловичу, под руководством, которого им было выполнено теоретическое решение волновой задачи; заг практическую помощь и душевную поддержку в его научнойдеятельности.
Автор выражает благодарность зав. кафедрой «Подземные сооружения, основания и фундаменты» СПб ГПУ доктору технических, наук, профессору Бугрову Александру Константиновичу, к.т.н., профессору этой кафедры Крутову Анатолию Павловичу и зав. НИЛ механики-грунтов и устойчивости хвостохранилищ Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета (СПб ГПУ) к.т.н. Трункову Геннадию Трофимовичу, доктору технических наук, профессору Пантелееву Валерию Геннадьевичу, ст. научному сотруднику «ОАО ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева» Павчичу Милошу Павловичу и к.т.н. Радченко Вадиму Георгиеву, за ценные советы и практическую помощь при работе над отдельными разделами диссертации.
Автор также выражает глубокую благодарность своему первому учителю доктору технических наук, профессору кафедры технологии строительного производства Санкт-Петербургского Архитектурно-
16 строительного Университета (СПб ГАСУ) Бадьину Геннадию Михайловичу.
Автор глубоко признателен всем работникам строительных организаций, проектировщиков, службы Заказчика, с кем ему пришлось работать над комплексом защитных сооружений г. Санкт-Петербурга (Ленинграда) от наводнений и работе по другим направлениям гидротехнического строительства.
