Обоснование технологических параметров струйной цементации глинистых грунтов в подземном строительстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Засорин, Михаил Сергеевич

• Засорин, Михаил Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Засорин, Михаил Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

1.1. Струйная цементация грунтов.

1.2. Анализ методов определения основных технологических параметров струйной цементации.

1.3. Методы проектирования конструкций полученных с помощью струйной цементации глинистых грунтов.

1.4. Обоснование выбранного направления исследования и его задачи.

Глава 2. АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПРЕДСТАВЛЕННЫХ В ГЕОЛОГИЧЕСКОМ СТРОЕНИИ ГОР. МОСКВЫ

2.1. Классификация и основные структуры глинистых грунтов.

2.2. Глинистые грунты представленные в геологическом строение гор. Москвы.

2.3. Анализ залегания глинистых грунтов по участкам гор. Москвы.

2.4. Лабораторные исследования физических и химических свойств грунтов отобранных со строительных объектов гор. Москвы, с целью проведения испытаний грунтоцементных образцов.

2.5. Выводы.

Глава 3. ЛАБОРОТНЫЕ И НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЗАВИСИМОСТИ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОЦЕМЕНТА ОТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

3.1. Методика исследования прочностных характеристик грунтоцементных образцов в зависимости от технологических параметров струйной цементации.

3.2. Обработка результатов выполненных лабораторных испытаний грунтоцементных образцов.

3.3. Натурные исследования прочностных характеристик грунтоцемента в зависимости от технологических параметров струйной цементации.

3.4. Статистическая обработка данных полученных при лабораторных и натурных исследованиях.

3.5. Методика определения прочности грунтоцемента в зависимости от глиноцементного соотношения.

3.6. Выводы.

Глава 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

4.1. Исходные данные для проектирования струйной технологии.

4.2. Обоснование основных технологических параметров при проектировании струйной цементации глинистых грунтов.

4.3. Оценка стоимостных показателей при проектировании струйной цементации глинистых грунтов по предложенной в работе расчетной схеме.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологических параметров струйной цементации глинистых грунтов в подземном строительстве»

Актуальность работы. На сегодняшний день развитие инфраструктуры крупных городов неразрывно связано с освоением подземного пространства. Так, приоритетной задачей правительства г. Москвы по комплексному освоению подземного пространства является строительство от 2 до 3 млн. м многофункциональных комплексов, что составляет 15% от общего объема строительства.

Учитывая сложные горно-геологические условия, характеризующиеся неустойчивыми грунтами с низкими коэффициентами фильтрации, наличием подземных напорных вод, а также плотность городской застройки в центральных районах, при строительстве подземных сооружений необходимо применять специальные способы производства работ.

Анализ мирового и отечественного опыта, а также технологические преимущества в сравнении с аналогами, позволяющими решать схожие инженерные задачи, позволяют сделать предварительный вывод, что струйная цементация грунтов является надежной и прогрессивной технологией, эффективно решающей вышеперечисленные задачи освоения подземного пространства.

Однако широкому внедрению струйной цементации, особенно в глинистых грунтах, мешает малоизученность физики процесса, отсутствие взаимосвязей параметров технологии с конкретными горно-геологическими условиями, отсутствие методик проектирования, позволяющих определять технологические параметры с необходимым уровнем надежности, а также низкая управляемость технологии. Зачастую это приводит к некачественному выполнению работ и непрогнозируемости их результатов в целом, а подчас и к аварийным ситуациям, следствием чего является необходимость проведения дорогостоящих работ по ремонту полученной конструкции из грунтоцемента.

Выбор технологических параметров струйной цементации, как правило, осуществляется эмпирическим путем, на основе ранее выполненных работ на сходных объектах. Поэтому параметры не всегда оказываются оптимальными, вследствие чего возникает необходимость в создании единого подхода, позволяющего проектировать струйную цементацию в различных горно- и гидрогеологических условиях. Следует отметить, что важнейшим технологическим параметром, влияющим на прочность грунтоцементных колонн и их противофильтрационные свойства, является расход цемента на 1 м3 закрепленного грунта. Этот параметр напрямую связан с экономической оценкой струйной технологии, так как от него зависят продолжительность работ, затраты труда, энергии, работы механизмов. На основании практики определены эмпирические зависимости по расчету количества цемента на единицу объема песчаных, гравийно-галечниковых и гравийно-песчаных грунтов. Для глинистых грунтов сегодня отсутствует объем информации, позволяющий даже приблизительно определить основные параметры производства работ.

Для расширения диапазона применения струйной цементации, в особенности в глинистых грунтах, необходимо обладать знаниями, позволяющими определять оптимальные параметры струйной цементации для различных горно-геологических условий, а также осуществлять поиск путей снижения материальных затрат и стоимостных показателей за счет увеличения управляемости технологическими параметрами, позволяющими получать конструкции из грунтоцемента с заданными прочностными и противофильтрационными свойствами.

В связи с этим обоснование параметров струйной цементации глинистых грунтов является актуальной научной задачей.

Цель работы - обоснование технологических параметров струйной цементации глинистых грунтов в подземном строительстве с целью их оптимизации для конкретных горно-геологических условий, обеспечивающих уменьшение стоимостных показателей, снижение сроков строительства, а также расширение возможностей применения технологии в глинистых грунтах.

Идея работы заключается в формировании нового подхода к проектированию основных технологических параметров струйной цементации на основе взаимосвязей физических свойств грунтов и прочностных характеристик грунтоцемента с целью их оптимизации для конкретных горно-геологических условий.

Методы исследований. Для решения сформулированной задачи в работе применен комплексный метод, включающий теоретические и натурные исследования, а также анализ и обобщение полученных результатов с применением методов математической статистики.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Установлены закономерности влияния числа пластичности глинистых грунтов (1р) на прочностные характеристики грунтоцемента, состоящие в том, что с уменьшением показателя числа пластичности (1р) глинистых грунтов прочность грунтоцемента увеличивается.

2. Уточнен механизм и дана количественная оценка прироста прочности грунтоцемента, полученного посредством струйной цементации глинистых грунтов различного физического состава, на 70-е сутки, которая отлична от стандартной методики определения прочностных характеристик на 28-е сутки.

3. Установлены зависимости влияния расхода цемента на прочностные характеристики грунтоцемента, полученного по технологии струйной цементации, состоящие в том, что между рассматриваемыми параметрами существуют взаимосвязи, которые отличаются от известных результатов тем, что в них учтено влияние физических свойств различных по составу и свойствам глинистых грунтов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются: использованием нормативных экспериментальных методов исследования прочности грунтоцементных образцов при одноосном сжатии, растяжении и изгибе; удовлетворительной сходимостью полученных результатов лабораторных исследований и практических испытаний, выполненных в рамках научной работы. положительным результатом внедрения разработанных рекомендаций в практику городского подземного строительства.

Научная новизна работы состоит в выявлении закономерностей влияния технологических параметров струйной цементации на прочностные свойства грунтоцемента, позволяющих повысить контроль и управляемость технологии и тем самым получать конструкции из грунтоцемента с заданными прочностными и противофильтрационными свойствами.

Научное значение работы состоит в дальнейшем развитии существующих знаний о процессах технологии струйной цементации в различных горно-геологических условиях, а также в расширении диапазона применения струйной цементации в глинистых грунтах.

Практическое значение работы заключается в обосновании методики «Рекомендации по выбору технологических параметров струйной цементации в глинистых грунтах», позволяющей существенно сократить материальные и стоимостные затраты.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методика «Рекомендации по выбору и определению технологических параметров технологии струйной цементации глинистых грунтов» принята к использованию ООО «Геоизол» и ООО «НПП ТХ-Инжиниринг»; применялась при строительстве индустриального парка «Ворсино»

Боровского района в Калужской области, а также укреплении грунтов при ремонте Коломенских шлюзов в г. Москве.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались в рамках международного симпозиума «Неделя горняка» на семинаре «Научные проблемы строительной геотехнологии и освоения подземного пространства» (Москва, 2010), научно-техническом совете ООО «Геоизол» (Санкт-Петербург, 2010), а также на научных семинарах кафедры СПСиШ

МГГУ (2008-2011 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации и результаты проведенных исследований опубликованы в 3-х печатных трудах в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 66 наименований, четырех приложений, 45 таблиц, 26 рисунков и 18 графиков.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Засорин, Михаил Сергеевич

6. Результаты работы актуальны для городского строительства в г. Москве и в других городах со схожими горно-геологическими условиями, так как глинистые грунты относятся к осадочным горным породам и широко представлены по площади распространения и мощности.

7. Полученные на основе экспериментальных исследований результаты могут быть рекомендованы для применения на практике производства работ, при разработке проектов по струйной цементации глинистых грунтов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Засорин, Михаил Сергеевич, 2011 год

1. Безрук В.М. Теоретические основы укрепления грунтов цементами. М.: Автостройиздат, 1956.

2. Бройд И.И. Струйная технология строительства подземных сооружений. Современное состояние и направления развития. // ВНИИНТПИ. Строительство и архитектура. Вып. №2. Технология, механизация и автоматизация в строительстве. М. 1995.

3. Хасин М. Ф., Малышев Л И., Бройд И. И. Струйная технология укрепления грунтов. //Основания, фундаменты и механика грунтов, № 5, 1984 г.

4. James Warner. Practical handbook of grouting: soil, rock, and structures. 2004.

5. Засорин M.C. Особенности «Jet grouting» в глинистых грунтах// Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. - ОВ№9. - С. 346 - 350.

6. Засорин М.С. Исследование влияния физико-механических свойств глинистых грунтов на прочностные свойства грунтобетона// Горный информационно аналитический бюллетень. - 2011. - №5. - С. 245 - 253.

7. Засорин М.С. Исследование технологических параметров струйной цементации глинистых грунтов// Горный журнал. 2011. - №8. - С. 80 - 82.

8. Кузьмин Е.В., Хайрутдинов М.М., Зенько Д.К. Основы горного дела. M 2007 г.

9. Куликов Ю.Н., Куликова Е.Ю., Хажеинов К.В. Долговечность ограждающих конструкций подземных сооружений. 2009. М.: «Мир горной книги», издательство «Горная книга», Издательство Московского государственного горного университета.

10. К. Быков "Применение технологии "jet-grouting" на строительстве многоэтажного гаража по ул. Мытной, вл. 66 в Москве", "Подземное пространство мира", № 3-4, 2003, стр. 31-34, ТИМР, Москва.

11. О.П. Юркевич Итальянский опыт использования струйной цементации", "Метро и тоннели", № 1, 2004, стр. 11-13, Москва.

12. Черняков А.В. «Результаты исследования эффективности применения струйной технологии на площадке строительства второй сцены Мариинского театра» Журнал «Промышленное и гражданское строительство» №2 2011г. стр. 64-66, Москва.

13. Evaluation of Jet Grout Formation in Soft Clay for Tunnel Excavation by Chu. E. Ho, Sc.D., M.ASCE, Associate, Arup, 155 Avenue of the Americas, New York, NY 10013.

14. Малинин А.Г. Струйная цементация грунтов: монография Пермь: Престтайм 2007 г.

15. Бройд И.И. Струйная геотехнология: Учебное пособие. М.: Издательство Ассоциация строительных вузов,2004 г.

16. Рекомендации по струйной технологии сооружения противофильтрационных завес, фундаментов, подготовки оснований и разработки мерзлых грунтов. ВНИИОСП, М. 1989 г.

17. Рекомендации по сооружению ограждающих и несущих конструкций в грунте с помощью жидкостных струй. ВНИИОСП, М. 1992 г.

18. TekTracker. Jet grouting. Technology overview, http://www.jet-grouting.com

19. Богов С.Г. Исследование прочностных свойств грунтов, закрепленных по струйной геотехнологии. Некоторый опыт строительства на слабых грунтах. Интернет — журнал «Реконструкция городов и геотехническое строительство», № 2, 2000 г.

20. Малинин А.Г., Гладков И.Л., Малинин Д.А. Экспериментальные исследования параметров струйной технологии в различных грунтовых условиях. Метро и тоннели № 3, 2010 г.

21. Covil, C.S. Jet grouting, a state of the art review (MScThesis). Imperial College, London, 1991.

22. Coomber, D.B. Tunnelling and soil stabilization by jet grouting. Tunneling' 85 the Institution of Mining and Metallurgy, 1985.

23. Guatteri, G., Kaushinger, J.L., Doria, A.C. and Perry, E.B. Advances in the Construction and Design of Jet Grouting Method in South America. Proc. 2nd Int. Conf. on Case Histories in Geothech. Engng.St. Louis MO., 1988.

24. British Standards Institution, London BS EN 12716:2001. Execution of special geotechnical works Jet grouting.

25. Малинин А.Г. Устройство свайных фундаментов по струйной технологии под башенный кран при строительстве мостового перехода через р.Кама. Транспортное строительство. №11. 2007 г.

26. Rodio. РОДИНДЖЕТ. Технология цементации с применением струйного нагнетания (Родинджет) со специальным указанием на испытательные работы в Волгодонске (СССР) Ленинград 8-9 октября 1985, Москва, 15-17 октября 1985 г.

27. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. М., ВНИИНТПИ, с. 251 - 260 2000г.

28. Малинин А.Г. Укрепление слабых грунтов в основание насыпи. Транспортное строительство. №10. 2007 г.

29. Yahiro, Т., Yoshida, Н. and Nishi, К. The development and application of a Japanese grouting system. Water power dam construction, vol 27, pp 56-59, 1975.

30. Welsh, JP. Rubright, R. M .and Coomber, DB Jet grouting for support of structures. Grouting for Support of Structures, ASCE. Seattle, 1986

31. Aschieri, F; Jamiolkowski, M; Tornaghi, Case history of a cut-off wall executed by jet grouting : Proc 8th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Helsinki, 23-26 May 1983.

32. Yahiro T. and Yoshida H."Induction grouting method utilizing high speed water jet." Proceedings of the 8th International Conference onSoil Mechanics and Foundation Engineering, Moscow, 1973.

33. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. M., 1986.

34. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.

35. Малинин А.Г., Малинин П.А. Ограждение котлованов с помощью технологии струйной цементации грунта .Метро и тоннели. № 2.2004г.

36. Малинин А.Г., Чернопазов С.А., Жемчугов А.А., Методы расчета предельного изгибающего момента в грунтобетонной свае при упругом и жесткопластическом сопротивлении изгибу. Промышленное и гражданское строительство. № 8,2008г.

37. Ю.М. Соловей Основы строительного дела- М.: Стройиздат, 1989 г.

38. Соколов В.Н. НАУКИ О ЗЕМЛЕ, глинистые породы и их свойства, // Соросовский Образовательный Журнал. Том 6, №9, С. 59-65. 2000г.

39. Соколов В.Н. Микромир глинистых пород // Соросовский Образовательный Журнал. № 3. С. 56-64. 1996 г.

40. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород. М.: Недра, 1989 г.

41. Даньшин Б.М., Головина Е.В. Геологическое строение гор Москвы. Главная редакция геолого-разведочной и геодезической литературы. 1934г.

42. Юркевич П.Б., Чеканов П. Использование технологии "jet-grouting" на строительстве Многофункционального комплекса "Царевсад" в Москве, "Подземное пространство мира", № 5, стр. 9-25, ТИМР, Москва, 2001г.

43. Юркевич П.Б., Применение технологии "jet-grouting" на строительстве многоэтажного гаража по ул. Мытной, вл. 66 в Москве, "Подземное пространство мира", № 3-4, стр. 31-34, ТИМР, Москва, 2003г.

44. Малинин А.Г.Обоснование расхода цемента при струйной цементации грунта. Приложение к Подземное пространство мира «Проблемы развития транспортных сооружений и инженерных коммуникаций». № 2—3, 2003г.

45. Малинин А.Г. Применение грунтоцементных свай в городском строительстве. Пермские Строительные Ведомости, № 42001г.

46. Корольков В.Н. Опыт укрепления фундаментов с помощью струйной технологии. Основания, фундаменты, механика грунтов № 5 1993г.

47. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

48. ГОСТ 28840-90. Машины для испытания материалов на растяжение сжатие и изгиб. Общие технические требования.

49. ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии.

50. ГОСТ 21153.3-85. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном растяжении.

51. ГОСТ 5180-84.Методы лабораторного определения физических характеристик.

52. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.

53. ГОСТ 20522-96. Методы статистической обработки результатов испытаний.

54. ГОСТ 23740-79. Методы лабораторного определения содержания органических веществ.

55. ГОСТ 23001-90. Грунты. Методы лабораторных определений плотности и влажности.

56. ГОСТ 30416-96. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

57. ГОСТ 28570-90 (2005). Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций.

58. В.Е.Гмурман Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб.пособиедлявтузов. Изд. 5-е, перераб. и доп. М., «Высш. Школа», 1977г.

59. SOILMEC S.p.A. Drilling and Foundation Equipment 5819, via Dismano 47023 Cesena (FC) -Italy

60. KLEMM Bohrtechnik, products, Hydraulic Power Packs, http://www.klemm-bt.de/

61. CAS AGRANDE Group, Цементация грунта струйным методом, оборудование для цементации грунта струйным методом, рекламный проспект оборудования.

62. Obermann GmbH, Catalogue А 2009.

63. TECNIWELL Jet-grouting, grouting and drilling equipment, High Pressure Pumps, www.tecniwell.com

64. СП-52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.

65. ПОСОБИЕ 52-101-2003"Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры"

66. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.