Применение полиакриламидных буровых растворов при устройстве баретт в песчаных грунтах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Лесницкий Виталий Сергеевич

• Лесницкий Виталий Сергеевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Лесницкий Виталий Сергеевич

Введение

Глава.1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Основные требования к буровому раствору в строительстве

1.2. Полимерные буровые растворы

1.3. Химические и физические свойства полиакриламидных растворов

1.4. Методы расчета устойчивости стенки траншеи с раствором

1.5. Практический опыт использования полимерных буровых растворов

1.6. Обзор исследований прочности контакта между грунтом и конструкцией

1.7. Выводы по главе

Глава.2. Исследование возможности использования полимерных растворов для обеспечения устойчивости стенок траншеи

2.1. Эксперимент по использованию полимерных растворов для обеспечения устойчивости вертикальных стенок в песчаных грунтах

2.2. Исследование скорости фильтрации полимерного раствора в песчаном грунте

2.2.1. Лабораторное определение коэффициентов фильтрации полимерных растворов

2.2.2. Эксперимент по нестационарной фильтрации полимерных растворов песчаных грунтах

2.2.3. Математическое моделирование нестационарной фильтрации полимерных растворов

2.3. Выводы по главе

Глава.3. Исследование влияния полимерного бурового раствора на сдвиговую прочность контакта между грунтом и конструкцией

3.1. Лабораторные исследования полимерного раствора на прочностные свойства песчаного грунта и прочность контакта «бетон - грунт»

3.2. Испытания опытных свай

3.3. Выводы по главе

Глава.4. Разработка методики применения полиакриламидных буровых растворов в песчаных грунтах при устройстве баретт

4.1. Методика оценки устойчивости траншеи при ее заполнении полиакриламидным раствором

4.2. Рекомендации по определению несущей способности баретт, выполненных под защитой полимерного раствора в песчаном грунте

4.3. Выводы по главе

Заключение

Перспективы дальнейших исследований

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Результаты сравнения результатов эксперимента с результатами математического моделирования

Приложение Б. Справка о внедрения результатов диссертационного исследования

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Устройство строительных конструкций в грунте является широко распространенной практикой. Таким образом выполняются элементы фундаментных конструкций (сваи, баретты), ограждение котлованов (стена в грунте) и противофильтрационные завесы.

Впервые подобную технологию использовал русский инженер А. Э. Страус, когда в 1899 году изготовил в г. Киеве в заранее подготовленных скважинах бетонные сваи [33]. В 50-х годах XX века C. Veder выполнил сплошную противофильтрационную завесу из пересекающихся в плане скважин, заполненных в момент разработки глинистой суспензией [112], а первая стена в грунте была сооружена Icos в Италии в 1950 году при строительстве Миланского метрополитена [ 100].

При устройстве стены в грунте, противофильтрационной завесы и щелевого фундамента разработку грунта выполняют с одновременным заполнением траншеи буровым раствором, который обеспечивает устойчивость стенок траншеи, а затем замещается бетоном или специальным раствором.

Наиболее часто в качестве буровых растворов используются глинистые суспензии. Однако наряду с несомненными достоинствами глинистых суспензий, такими как возможность применения в большинстве видов грунтов, относительная дешевизна и др., имеются и определенные недостатки, которые побудили искать альтернативные решения по удерживанию стенок скважин и траншей.

Поиск альтернативного решения привел исследователей к применению вначале полимерных добавок к бентонитовому раствору, улучшающих его свойства, а затем — и к полной его замене на полимерные растворы. Одним из наиболее перспективных материалов в этом направлении являются высокомолекулярные соединения на основе полиакриламида.

Степень разработанности темы исследований

Вопрос взаимодействия свай и баретт с грунтом исследовали J. B. Burland, R. Butterfield, J. Haninsch, Т. Н. Hanna, A. Kedzi, A. Mandolini, N. Morgenstern, H. Muller-Kirchenbauer, J. Nash, Gk. Jones, А. Piaskowski, H. G. Polous., M. F. Randolf, G. Russo, G. Schneebeli, C. Viggani, T. Whitaker, A. A. Бартоломей, Б. В. Бахолдин, С. Г. Безволев, В. Г. Березанцев, И. А. Боков, В. Н. Голубков, A.JI. Готман, Н. З. Готман, А. А. Григорян, Е. Э. Девальтовский, А. М. Дзагов, Н. М. Дорошкевич, В. В. Знаменский, В. А. Ильичев, И. В. Колыбин, А. А. Луга, Л. В. Нуждин, В. М. Мамонов, Р. А Мангушев, А. И. Полищук, А. Б. Пономорёв, Я. А. Пронозин,

Д. Е. Разводовский, В. В Сидоров, А. З. Тер-Мартиросян, З. Г. Тер-Мартиросян, В. Г. Федоровский, П. И. Ястребов.

Применением полимерных буровых растворов в строительстве занимались С. Lam, S. A. Jefferis, H. Lesemann, R. Verst, M. Larisch, Б. М. Гуменский, Ю. Н. Литов. Их исследования в основном посвящены технологическим аспектам использования растворов, таким как скорость подготовки к работе, возможность использования с насосным оборудованием, стабильность и экологичность растворов.

По существующим публикациям отмечается их высокая стабильность физико-химических свойств в течение многих месяцев, отсутствие тиксотропных свойств, малый расход сухого вещества, малое время приготовления и легкость утилизации.

При этом исследований, оценивающих взаимодействие растворов с грунтами и влияния растворов на несущую способность будущих конструкций опубликовано крайне мало. При этом большинство исследователей ограничивают возможность использования данных растворов в хорошо проницаемых грунтах из-за возможности их фильтрации в массив грунта.

Цель работы - разработка методики оценки устойчивости стенок траншей, заполненных полиакриламидным буровым раствором, и рекомендаций по определению несущей способности баретт, изготовленных в данных траншеях.

Задачи исследования:

1. Выполнить анализ опыта использования полиакриламидных растворов (далее — полимерных) при устройстве фундаментов глубокого заложения.

2. Установить факторы, определяющие устойчивость стенок траншей в песчаных грунтах при использовании полимерного раствора.

3. Определить коэффициенты фильтрации полимерных растворов в песчаных грунтах.

4. Разработать методику расчета устойчивости стенок траншей при использовании полимерных растворов.

5. В полевых и лабораторных условиях исследовать влияние полимерных растворов на сопротивление грунта на боковой поверхности бетонных конструкций.

6. Разработать рекомендации по определению несущей способности баретт, выполненных под защитой полимерного раствора в песчаных грунтах.

Объект исследования — грунтовое основание, взаимодействующее с полимерным раствором в процессе устройства баретты.

Предмет исследования — устойчивость стенок траншей и несущая способность фундаментных конструкций, выполненных с использованием полимерных растворов.

Научная новизна

1. Предложена методика определения устойчивости стенок траншей при использовании полимерных растворов.

2. Установлены факторы, определяющие устойчивость стенок траншеи в песчаных грунтах при заполнении траншеи полимерным раствором, к которым относятся: геометрические размеры траншеи, прочностные свойства грунта, нагрузки, действующие на поверхность грунта, уровень подземных вод, уровень раствора в траншее и глубина фильтрации раствора в массив грунта за время существования траншеи.

3. Разработаны рекомендации по назначению сопротивления грунта на боковой поверхности баретт в песчаном грунте, выполненных под защитой полимерного раствора.

Теоретическая значимость

1. Установлено, что глубина фильтрации полимерного раствора из траншеи в окружающий массив грунта определяет общую устойчивость стенок траншеи и локальную устойчивость отдельных частиц на ее поверхности.

2. Получена зависимость коэффициента фильтрации полимерного раствора в песчаном грунте от его вязкости и проницаемости грунта.

3. Установлено отсутствие негативного влияния полимерного раствора на сдвиговую прочность песчаного грунта и на сопротивление сдвигу образцов песчаного грунта по бетонной поверхности.

Практическая значимость

1. Адаптирована математическая модель нестационарной фильтрации воды к задаче по определению глубины фильтрации полимерного раствора через стенки траншеи при изготовлении баретт.

2. Экспериментально подтверждено повышение несущей способности буровых свай, изготовленных с использованием полимерного бурового раствора в сравнении со сваями, изготовленными под бентонитовой суспензией в песчаных грунтах.

3. Установлен коэффициент условия работы по боковой поверхности свай и баретт в песчаных грунтах при бетонировании под полимерным раствором.

Методология и методы исследования

В диссертационной работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Экспериментальные лабораторные исследования грунтов и опытные испытаний свай выполнялись в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.

Эксперименты в лабораторных лотках организованы по условию простого подобия. Численные исследования осуществлялись в сертифицированном программном комплексе Plaxis 2D.

Личный вклад автора:

• выполнение обзора и анализ опыта использования полимерных растворов при устройстве фундаментов глубокого заложения;

• постановка цели и задач исследования;

• разработка программы и проведение экспериментальных исследований по обеспечению устойчивости стенок траншей в песчаных грунтах при использовании полимерного раствора;

• определение коэффициентов фильтрации полимерных растворов в песчаных грунтах;

• разработка программы и проведение экспериментальных исследований по нестационарной фильтрации полимерных растворов в песчаных грунтах;

• численное моделирование процесса фильтрации растворов в песчаном грунте;

• разработка программы и проведение экспериментальных исследований по влиянию полимерных растворов на сопротивление грунта на боковой поверхности бетонных конструкций;

• разработка методики расчета устойчивости стенок траншей при использовании полимерных растворов;

• разработка рекомендаций по определению несущей способности баретт, выполненных под защитой полимерного раствора в песчаных грунтах;

• подготовка и написание публикаций по выполненной работе.

На защиту выносятся:

1. Зависимость общей устойчивости стенок траншеи и локальной устойчивости отдельных частиц на ее поверхности от глубины фильтрации раствора за время существования траншеи.

2. Методика оценки устойчивости стенок траншеи, заполненной полимерным раствором.

3. Установленный коэффициент условия работы по боковой поверхности свай и баретт в песчаных грунтах при бетонировании под полимерным раствором.

4. Рекомендации по определению несущей способности свай на боковой поверхности баретт при использовании полимерного бурового раствора.

Степень достоверности результатов

Достоверность результатов исследований обеспечена:

— применением стандартных и апробированных методов определения прочностных свойств грунта и фильтрационных его характеристик,

— применением классических методов расчета механики грунтов,

— применением сертифицированного геотехнического программного комплекса при выполнении численных расчетов,

— сопоставлением результатов лабораторных испытаний с результатами натурного эксперимента и результатами математического моделирования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение полиакриламидных буровых растворов при устройстве баретт в песчаных грунтах»

Апробация работы

Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на конференциях: II Всероссийская конференция с международным участием «Фундаменты глубокого заложения и геотехнические проблемы территорий» (Пермь, 2021 год); Международная научно-техническая конференция по геотехнике «Современные теоретические и практические вопросы геотехники: новые материалы, конструкции, технологии и методики расчетов» (GFAC, 2021 год); Х Международный форум «Строительный форум 100+», г. Екатеринбург, 2022 год; VIII Международный форум «Строительный форум 100+», г. Екатеринбург, 2020 год; V Международный форум «Строительный форум 100+», г. Екатеринбург, 2018 год.

Внедрение результатов исследования

Результаты исследований были применены при разработке следующих нормативных документов: СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты. П. 14. Сооружения, возводимые способом «стена в грунте»; СП 412.1325800.2018. Конструкции фундаментов высотных зданий и сооружений. Правила производства работ. 5. Требования к используемым материалам. 5.1. Требования к бентонитовому и полимерному растворам.

Публикации

По материалам выполненной работы опубликовано 4 работы, из них 2 статьи в журналах, включенных в перечень рецензируемых научных изданий по списку ВАК РФ (3,01 печатных листа, из них 2,2 выполнены автором) и 1 публикация в сборнике трудов конференций. Общий объем публикаций 5,09 печатных листа, из них лично автором выполнены 2,80 печатных листа.

Соответствие паспорту специальности

Согласно сформулированной цели работы, ее научной новизне, установленной теоретической и практической значимости диссертация соответствует паспорту специальности 2.1.2. «Основания и фундаменты, подземные сооружения» по пункту 3 «Разработка новых методов расчета и моделирования высокоэффективных конструкций, способов и технологий устройства подземных сооружений промышленного и гражданского назначения», пункту 8 «Разработка новых методов прогноза, расчета, испытаний, принципов конструирования и создания высокоэффективных технологий устройства подпорных и противофильтрационных конструкций, анкеров и распорных систем, дренажных систем, водопонижения и гидроизоляции для фундаментостроения и подземного строительства».

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы, включающего 110 наименований, в том числе 52 на иностранном языке (на английском — 49, на немецком — 2, на французском — 1). Полный объем диссертации — 131 страницы. Диссертация содержит 62 рисунка и 25 таблиц.

Глава. 1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Основные требования к буровому раствору в строительстве

Технология использования глинистых суспензий для стабилизации скважин была реализована в начале XX века при бурении скважин для добычи нефти [82]. При выполнении разведочного бурения или при обустройстве скважин в нефтегазовой добыче буровой раствор является одним из основных инструментов, и к нему предъявляются следующие требования [25]:

• очистка забоя скважины от продуктов разрушения горной породы,

• охлаждение породоразрушающего инструмента,

• обеспечение устойчивости стенок скважин,

• обеспечение хорошего выхода керна,

• легкая очистка от продуктов разрушения горных пород,

• удержание частиц разрушения горных пород в растворе при отсутствии циркуляции,

• предотвращение обмена жидкостями и газами между проницаемыми пластами и скважиной,

• минимизация влияния на изменяемость проницаемости продуктивных горизонтов,

• сохранение свойств при изменении условий бурения,

• создание смазывающего действия при трении о стенки скважины бурового снаряда,

• отсутствие коррозии и абразивного износа бурового инструмента,

• прокачиваемость буровыми насосами.

В строительном деле при глубине грунтовых выработок, очень редко превышающей 50 м, требований к буровому раствору значительно меньше, и тем не менее буровой раствор — это один из ключевых элементов, обеспечивающих качество и безопасность выполнения работ. Поскольку использование глинистых суспензий является до настоящего времени наиболее распространенным способом обеспечения устойчивости скважин при устройстве свай большой глубины и фактически единственным способом обеспечения устойчивости траншей при устройстве стены в грунте, опираясь на опыт его использования, рассмотрим основные требования к буровым растворам в строительстве.

Глинистые суспензии — это общее наименование суспензий мелких глинистых частиц в воде. Наиболее качественные суспензии получаются из бентонитовых глин, сформированных из минерала монтмориллонита, который способен образовывать вязкие суспензии уже при содержании нескольких процентов [53]. Частицы монтмориллонита, попадая в воду, образуют коллоидный раствор. С позиции коллоидной химии частицы бентонитовых глин в воде формируют суспензию — грубодисперсную (> 10 мкм) лиофобную систему [45]. Для

приготовления качественных суспензий на площадке строительства используют сухой подготовленный на заводе глинистый порошок, который «распускают» в воде, применяя специальные высокооборотные глиномешалки, при этом полная гидратация раствора происходит в течение суток, что требует наличия на площадке специальных участков приготовления и хранения [22].

После приготовления используемые в строительстве суспензии должны удовлетворять требованиям в Таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Основные требования к глинистым суспензиям по СП 45.13330 [48]

№ пп. Показатель Величина

1 Плотность раствора, г/см3, из глин: бентонитовых местных 1,03-1,10 1,10 -1,30

2 Содержание песка, % не более 4

3 Вязкость, с по СПВ-5 воронкой Марша 18-30 30-35

4 Расплыв, см, по конусу АзНИИ 12-18

5 Стабильность, г/см3 не более 0,02

6 Суточный отстой воды, % не более 4

7 Водоотдача, см3, за 30 мин не более 30

8 Толщина глинистой корки, мм не более 4

9 Статическое напряжение сдвига, Па, через 10 мин 0,1-0,5 Па

10 Водородный показатель 8-11

При заполнении траншеи глинистой суспензией на ее поверхности образуется глинистая пленка, которая формирует непроницаемую границу между раствором и массивом грунта, обеспечивая распределение гидростатического давления и не допуская активную фильтрацию воды из суспензии, что должно сохранять свойства грунта при выполнении работ (Рисунок 1.1) [43].

Рисунок 1.1 — Схема взаимодействия бентонитовой суспензии и грунта

Согласно СП 45.13330 [48] «качество глинистых растворов должно обеспечивать устойчивость стенок траншей в период их разработки и заполнения материалом и одновременно не затруднять укладку в выработку материала заполнения. Для обеспечения устойчивости стенок траншей должно быть соблюдено условие:

Рр>Р?+?в , (1.1)

где: Рр — давление глинистого раствора, Рт — горизонтальное давление грунта (с учетом

нагрузки на поверхности грунта), Рв — давление подземной воды».

После завершения экскавации грунта из траншеи глинистая суспензия замещается бетонной смесью, подаваемой снизу вверх через бетонолитные трубы, при этом ранее сформированная глинистая пленка на поверхности грунта сохраняется и ее прочность определяет сопротивление грунта на боковой поверхности фундамента.

Для учета данного фактора при оценке несущей способности фундаментов и свай вводится коэффициент условия работы, который согласно СП 24.13330.2011 [47, п. 7.2.6] при использовании глинистого (бентонитового) раствора составляет 0,6. При проектировании ограждающих конструкций котлованов также учитывается снижение прочностных свойств

грунта на боковой поверхности ограждающей конструкции котлована, которое согласно СП 412.1325800.2018 должно приниматься 0,33...0,5 от прочностных свойств грунта [46, п. 9.16].

Технологически одним из важных факторов использования глинистых суспензий является наличие ярко выраженных тиксотропных свойств. [37]. Тиксотропные силы позволяют удерживать внутри раствора мелкие выбуренные частицы и существенно сокращать скорость оседания более крупных, в результате чего оседание частиц грунта из раствора может продолжаться в течение очень длительного времени. Это свойство, с одной стороны, существенным образом облегчает процесс бурения, так как исключает «прихватки» инструмента в процессе бурения, но требует монтажа специальных заводов по очистке и регенерации раствора, и для их размещения на строительной площадке требуется выделять значительные площади. Общий вид одного заводов приведен на Рисунке 1.2.

Для сокращения объема взвешенных частиц нормативные документы рекомендуют выполнять полную замену раствора перед началом бетонирования. Тем не менее за время между завершением работ по бурению и началом бетонирования, а оно может достигать нескольких десятков часов при устройстве глубоких свай, на дне скважины формируется шламовый слой, который существенно снижает сопротивление по пяте сваи, а иногда и полностью исключает ее из работы [56].

Немаловажен и экологический аспект использования и утилизации глинистых суспензий, так как при выполнении буровых работ редко используется чистая бентонитовая глина: в состав глинистой суспензии вводят достаточно большое количество химических веществ для регулирования технологических свойств (гидроксид натрия, лигнит, лигносульфонат кальция, барит и другие). Наличие активных химических добавок определяет буровые глинистые растворы как опасные для биосферы отходы. Использованный бентонитовый раствор относят к IV классу токсичности, по этой причине они подлежат захоронению на специальных полигонах после перемешивания с грунтом [35].

Таким образом, из опыта использования глинистых суспензий можно определить основные требования к буровому раствору при устройстве конструкций в грунте:

• обеспечение технологических требований со стороны оборудования (возможность прокачки, охлаждения рабочего инструмента, рециркуляции и т. п.);

• обеспечение устойчивости грунтовой выработки, заполненной буровым раствором;

• отсутствие влияния на окружающий массив грунта;

• отсутствие влияния на несущую способность будущих конструкций;

• экологические (отсутствие загрязнения на площадке строительства, утилизация после выполнения работ).

Рисунок 1.2 — Бентонитовый узел (завод) для подготовки, хранения и регенерации глинистой

суспензии

1.2 Полимерные буровые растворы

Как и глинистые суспензии, полимерные растворы начали использовать в нефтегазовой промышленности в основном при работах в глинистых и сланцевых грунтах, где использование глинистых суспензий было ограничено из-за того, что в малопроницаемых грунтах глинистая пленка формируется очень плохо, и это позволяет свободной воде из суспензии беспрепятственно проникать в структуру глины, что приводит к ослабеванию и разрушению внутренних связей между слоями глинистой матрицы. По мере того, как все больше молекул воды проникает в глину, они начинают отталкивать слои молекул друг от друга, вызывая набухание. Особенно ярко такие явления наблюдаются в твердых трещиноватых глинах и в сланцевых грунтах [83].

Первоначально полимерные материалы использовали как добавки к глинистым растворам, а затем — и в качестве отдельных растворов [38]. Основной целью добавления полимерных добавок в буровые растворы было «связывание» свободной воды. В результате использования полимерных растворов были отмечены их высокие технологические свойства: увеличение производительности труда, снижение воздействия на окружающую среду, компактность оборудования и простота приготовления, смешивания и контроля.

Одними из первых в строительстве в 80-90-х годах прошлого века были опробованы буровые растворы на основе природных полимеров (ксантан и guar gum [гуаровая камедь]) [74], но они имели ограниченный ряд свойств, легко биодеградировали и были очень недолговечны. Сегодня наиболее активно в строительстве используются синтетические полимеры полиакриламиды и виниловые полимеры [65]. Однако опыт их использования еще недостаточен и есть ряд вопросов, которые требуют дальнейшего исследования.

Например, в зарубежных нормативных документах требования к полимерным растворам представлены очень скупо. Так, немецкий DIN 4126:2013-09 [64118] при оценке устойчивости стенки траншеи стены в грунте не распространяет свое действие на полимерные растворы.

В Великобритании BS EN 1536 [59] детализируют характеристики бентонитового раствора, однако использование полимерных растворов разрешается по результатам опытных работ на данной площадке или в схожих инженерно-геологических условиях.

В Соединенных Штатах Америки AASHTO [58] нормирует только физические и химические свойства растворов полимеров — плотность, вязкость, PH, однако технологические требования к растворам не указываются.

Европейская федерация фундаментных подрядчиков (EFFC) утвердила в 2019 году рекомендации по использованию буровых растворов в строительстве [65]. В настоящее время это наиболее полные рекомендации, в них приведены основные сведения о работе буровых растворов, их взаимодействии с частицами грунта и подземными водами, основные требования к растворам,

области применения, возможности применения бурового и насосного оборудования. Из данных, приведенных в EFFC [65], следует, что бурового раствора, который подходил бы на все случаи жизни, не существует. Одно из первых ограничений использования полимерных буровых растворов — это разрушение длинных молекулярных цепочек в результате высоких скоростей сдвига; подобные условия возникают, например, при применении центробежных буровых насосов, гидрофрез и другого высокоскоростного оборудования (Таблица 1.2).

Таблица 1.2 — Технологические возможности применения буровых растворов по EFFC [65]

Тип раствора Распространенн ыи пример Метод разработки грунта Устройство дренажных траншей

Грейфер Гидрофрез а Шнековое бурение Бурение с обратной промывко й

Вода Х Х X УУУ X

Минеральный Натуральный бентонит, активированный содой бентонит УУУ УУУ УУ УУ XX

Натуральный полимер Гуаровая камедь, полисахариды X X X X УУУ

Модифицированный натуральный полимер Карбоксиметил- целлюлоза, полианионная целлюлоза V УУ У У УУ

Синтетические полимеры Полиакриламид, виниловый полимер УУУ УУУ У У

УУУ — идеально; УУ — допускается; V — возможно; X — не рекомендуется

Ограничения, связанные с инженерно-геологическими условиями, в первую очередь обусловлены проницаемостью пород, а также возможным влиянием растворов на состояние грунтов (Таблица 1.3).

Таблица 1.3 — Инженерно-геологические условия использования буровых растворов по EFFC [65]

Тип грунтов Бентонит Карбоксиметилцеллюлоза (СМС) / полианионная целлюлоза (РАС) Анионноактивный полиакриламид (ПАА)

Не трещиноватые скальные грунты V V X

В алуны/булыжники ? X X

Гравий V X Х

Крупный песок V ? ?

Средний/мелкий песок V V ?

Глинистый песок V V V

Глина V V V

Твердые глины / известняк ? V V

V — допускается; Х — не допускается; ? — подлежащий оценке

Анализируя результаты использования полимерных растворов в строительстве, отметим: наиболее перспективным полимерным раствором, по нашему мнению, является анионактивный полиакриламид (ПАА), так как для этого материала характерны малое время приготовления, высокая скорость осаждения частиц грунта, стабильность эксплуатационных свойств и легкая утилизация.

1.3 Химические и физические свойства полиакриламидных растворов Как сообщает Большая российская энциклопедия [36]: «Полиакриламид — синтетический полимер с общей формулой [— СН2— СН(СОКН2)—]п. Это аморфное вещество белого цвета, плотностью 1300 кг/м3, молекулярная масса 2 • 104 - 6 • 106 а. е. м.». Как сообщает Л. И. Абрамова: «Промышленное производство полиакриламида началось с 50-х годов ХХ века, и к настоящему времени он используется как высокоэффективный флокулянт при извлечении и обогащении полезных ископаемых, при очистке питьевых и промышленных сточных вод, в качестве дегидратантов, агентов, снижающих гидравлическое сопротивление жидкостей нефте-и газодобывающей промышленности, в качестве структурообразователей почв в сельском хозяйстве и в дорожном строительстве, как пленкообразователь выступает в производстве минеральных удобрений и лекарственных аппаратов» [40].

При полимеризации могут быть получены полиакриламиды различных характеристик:

• анионный,

• катионный,

• неионный.

Как указывается в книге Т. А. Байбурдова [2] «Основное применение неионных полимеров — очистка вод (питьевой — в хозяйственно-питьевом водоснабжении, технической — в горнохимической, угольной, нефтедобывающей промышленности, черной и цветной металлургии и т. п.) и биологических жидкостей (виноматериалов, сусла). Анионные полимеры используют для водообработки, флокуляции хвостов флотации руд, обогащения и регенерации полезных ископаемых и нефти, обработки бумаги и шлихтования текстильных материалов, катионные полимеры — в качестве связующих добавок для удерживания наполнителя и пигментов в бумажной массе во влажном и в сухом состояниях, а также для улучшения структуры поверхности бумажного листа и свойств бумаги, для флокуляции биологических клеток и других суспензий, для обезвоживания осадков городских сточных вод и осадков сточных вод в целлюлозно-бумажной промышленности».

М. А. Погодин указывает [39]: «Полиакриламид является высокомолекулярным полиэлектролитом, который в воде диссоциирует, образуя на своих нитевидных молекулах заряженные узлы, способные присоединиться к твердым взвешенным частицам, содержащим на поверхности ионы многовалентных металлов. В результате сорбции молекулы полиакриламида с отдельными взвешенными частицами образуются флокулы, что способствует быстрому осаждению частиц».

При контакте с водой полиакриламид формирует высокомолекулярное соединение, на вязкость которого очень сильное влияние оказывает концентрация (Рисунок 1.3).

0,01 0,025 ' ОДБ

Концентрация, %

Рисунок 1.3 — Зависимость эффективной вязкости слабоконцентрированного раствора ПАА

при скорости сдвига 1,68 /с [23]

Кроме молекулярной массы, из химических свойств полимера на вязкость существенное влияние оказывает степень гидролиза (Рисунок 1.4), поскольку это связано с тем, что растворы

полиакриламида проявляют свойства полиэлектролитов, из-за чего их вязкость зависит от минерализации воды (Рисунок 1.5).

Рисунок 1.4 — Влияние степени гидролиза на вязкость полиакриламида [23]. 1, 2 — раствор известкового ПАА со степенью гидролиза 2 и 33 %; 3 — раствор аммиачного ПАА со степенью гидролиза 50 %

Рисунок 1.5 — Влияние содержания хлористого натрия на вязкость полиакриламида [23].

1 - без №С1; растворы №С1: 2 — 0,005 н; 3 — 0,05 н; 4 — 0,1 н, 5 — 0,2 н, 6 — 0,3 н, 7 — 0,4 н

Следует отметить достаточно высокую стабильность полиакриламидных растворов в статических условиях (Рисунок 1.6), но при высоких скоростях сдвига, например, при прокачке центробежным насосом, происходит деструкция молекулярных цепочек, что приводит к значительному снижению вязкости раствора.

Рисунок 1.6 — Изменение вязкости полимера во времени [23115].

1 — концентрация 0,05 %, молекулярная масса 3,6 * 106; 2 — концентрация 0,05 %, молекулярная масса 4,2 * 106; 3 — концентрация 0,5 %, молекулярная масса 2,3 * 106

Реологическое поведение растворов полиакриламида соответствует реологии высокомолекулярных соединений (ВМС). В отличие от глинистых суспензий растворы ВМС являются истинными растворами и относятся к молекулярно-дисперсным лиофильным термодинамически устойчивым системам. Несмотря на то, что растворы полимеров не являются типично коллоидными растворами, между такими системами существует сходство, обусловленное одинаковыми размерами макромолекул ВМС и частиц дисперсной фазы. Так же, как и для золей, для растворов ВМС характерны светорассеяние, электрокинетические свойства и способность к структурообразованию, что позволяет рассматривать многие проблемы одновременно для систем обоих типов, в том числе и в отношении их вязкотекучих свойств [37].

По А. Я. Малкину [32], реологические свойства ВМС зависят от характерного взаимодействия между полимером и раствором. На Рисунке 1.7 показана кривая течения полимерного раствора на примере полибутадиена (в координатах между напряжениями сдвига о и скоростью деформаций у). Левая верхняя прямая линия представляет собой кривую течения низкомолекулярного растворителя, он ведет себя как ньютоновская жидкость, что в координатных осях ^у — ^о принимает вид прямой, наклоненной под углом 45°. При добавлении к растворителю даже небольших количеств высокомолекулярного полимера радикально изменяются вязкостные свойства системы: появляется зависимость эффективной вязкости ц , определяемой как п = о/у, от скорости сдвига. При этом вязкость в области низких скоростей сдвига постоянна, и эта постоянная величина представляет собой предельную (при «нулевой» скорости сдвига) или наибольшую ньютоновскую вязкость С возрастанием скорости сдвига вязкость убывает, а при больших скоростях сдвига достигается предельное наименьшее значение эффективной вязкости, называемое наименьшей ньютоновской вязкостью

Предполагается, что движение отдельных макромолекул в разбавленных растворах происходит независимо от наличия других макромолекул, и постоянные контакты между ними отсутствуют. Поэтому неньютоновское поведение разбавленных растворов объясняют деформацией (изменением конформаций — распрямлением) макромолекул в потоке, так что изменение их формы приводит к уменьшению гидродинамического сопротивления при высоких скоростях сдвига.

1д о, Па

Рисунок 1.7 — Кривые течения растворов полибутадиена во всем концентрационном диапазоне

[32]

Увеличение концентрации полимера в растворе приводит к более частым контактам между отдельными макромолекулами и в конце концов — к образованию сетки временных зацеплений. Макромолекулярные цепи в местах контакта могут проскальзывать относительно друг друга, а сами такие константы характеризуются некоторым «временем жизни». Образование сетки зацеплений, охватывающей весь объем раствора, происходит при некоторой критической концентрации с*, которая зависит от длины цепи. Неньютоновские свойства системы становятся все более резко выраженными при дальнейшем увеличении концентрации полимера в растворе.

Рассматривая вязкостные свойства растворов, можно видеть, что вязкость остается постоянной вплоть до некоторого критического напряжения сдвига а5 . При более высоких напряжениях течение становится невозможным, а попытки увеличить напряжения за этот предел

приводят к потере текучести, вследствие чего материал срывается и начинает скользить по стенке канала, течение в котором используют для измерения вязкости. Это явление называется «срывом».

Таким образом, в зависимости от свойств полимера и условий движения могут возникать различные типы течения полимерных растворов, из которых упрощенно можно выделить три модели течения: ньютоновское (идеальное), псевдопластическое и дилатантное. Ньютоновское течение характеризуется линейной зависимостью

dv /1

т = и— , (1.2)

^ dr ' v 7

где д - динамическая вязкость (с точки зрения физики динамическая вязкость обозначает

потерю давления за единицу времени, Па-с),

т - напряжение сдвига, Н/м2,

dv/dr - скорость сдвига, или градиент скорости, 1/с.

Псевдопластическое течение или дилатантное течение описываются степенным законом или уравнением Оствальда-Де-Вале [3]

г = К(—)п ,

KdrJ '

где Кип- эмпирически подобранные константы, действительные только для определенного диапазона скоростей течения.

В этом случае вязкость можно описать следующей функцией

■q = о/у = куп-1 .

При n < 1 жидкости относятся к псевдопластическим, а при n > 1 — к дилатантным; очевидно, что при n = 1 степенной закон переходит в закон вязкости Ньютона (Рисунок 1.8).

Также существует ряд материалов, которые не текут при низких напряжениях сдвига, или их вязкость на указанных скоростях столь велика, что их течением можно пренебречь, однако при более высоких напряжениях сдвига эти материалы могут течь. Одним из ярких представителей подобных материалов является бентонитовая суспензия, и ее движение подчинено закону Шведова - Бингама [34]:

т = тв + V . (1.3)

При этом Тв — предел текучести, в англоязычной литературе — yield stress, при напряжении ниже которого вещество ведет себя как упругое тело и выше которого — как жидкость с пластической вязкостью.

Таким образом, из химико-физических свойств полиакриламидных растворов для использования в качестве буровых строительных растворов следует отметить следующие:

— полиакриламид является синтетическим полимером плотностью 1300 кг/м3, молекулярной массой 2 • 104 - 6 • 106, выпускается в промышленных масштабах и используется в различных отраслях народного хозяйства;

— при взаимодействии с водой полиакриламид формирует высокомолекулярное соединение, на вязкость которого очень сильное влияние оказывает концентрация, степень гидролиза, молекулярная масса полиакриламида и степень минерализации воды;

— в качестве буровых растворов используются аниоактивные полиакриламиды (ПАА), которые в воде диссоциируют, образуя на своих нитевидных молекулах заряженные узлы, способные присоединиться к твердым взвешенным частицам, содержащим на поверхности ионы многовалентных металлов;

— ПАА-растворы проявляют высокую стабильность физико-химических свойств в течение многих месяцев в статических условиях, но при высоких скоростях сдвига, например, при прокачке центробежным насосом приходит деструкция молекулярных цепочек, что приводит к потере рабочих свойств;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лесницкий Виталий Сергеевич, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александровский, Ю. В. Опыт применения глиноцементных растворов при строительстве

способом «стена в грунте» / Ю. В. Александровский, В. Д. Иванов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1988. - №. 2. - С. 17-21.

2. Байбурдов, Т. А. Синтез, химические и физико-химические свойства полимеров

акриламида: учебное пособие для бакалавров, магистров и аспирантов / Т. А. Байбурдов,

A. Б. Шиповская. - Саратов: Саратовский источник, 2019. - 94 с.

3. Баранов, Д. А. Процессы и аппараты химической технологии. Явления переноса,

макрокинетика, подобие, моделирование, проектирование: в 5 т. / Д. А. Баранов,

B. Н. Блиничев, А. В. Вязьмин. - Т. 2. - М.: Логос, 2001. - 600 с.

4. Бобриков, Б. В. Активное давление сыпучего тела на подпорные стенки ограниченной

длины / Б. В. Бобриков // Труды МИИТа, вып. 77, Мосты и строительные конструкции. -1952. - С. 128-132.

5. Бондаренко, Н. Ф. Физика движения подземных вод / Н. Ф. Бондаренко. - Л.:

Гидрометеоиздат, 1973. - 215 с.

6. Бортников, В. Г. Теоретические основы и технология переработки пластических масс:

Учебник / В. Г. Бортников. - 3-е издание. - М.: Научно-издательский центр ИНФРА. 2015. - 480 с.

7. Браун, Д. Практическое руководство по синтезу и исследованию свойств полимеров / Браун

Д., Шердрон Г., Керн В., Гарина Е. С., Лачинов М. Б.. & Тальрозе Р. Б. // Пер. с нем. Под. ред: В. П. Зубова. - М. : Химия. 1976. - 256 с

8. Васильчук, Ю. А. Грунтоведение / Ю. А. Васильчук, Е. А. Вознесенский, Г. А. Голодковская,

Р С. Зиангиров, В. А. Королев, В. Т. Трофимов. - 6-е изд., переработ. и доп. - М.: Издательство МГУ, 2005. - 1024 с.

9. Габдуллин, А. А. Моделирование процесса полимерного заводнения для увеличения

нефтеотдачи на примере месторождения Башкортостана / А. А. Габдуллин, Н. Р. Зарипова, Р. А. Майский // Символ науки. - 2017. - №. 12. - С. 16-19.

10. Гавич, И. К. Гидрогеодинамика: учеб. для вузов / И.К. Гавич - М.: Недра, 1988. - 349 с.

11. Герсеванов, Н. М. Основы динамики грунтовой массы / Н. М. Герсеванов. - М.-Л.: Государственное научно-техническое издательство, 1931. - 87 с.

12. Гольдберг, В. М. Проницаемость и фильтрация в глинах / В. М. Гольдберг, Н. П. Скворцов. - М.: Недра, 1986. — 160 с.

13. Горбунов-Посадов, М. И. Основания, фундаменты и подземные сооружения (Справочник проектировщика): для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций / М. И. Горбунов-Посадов, В. А. Ильичев, В. И. Крутов ; под общ. ред. Е. А. Сорочана и Ю. Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.

14. ГОСТ 10028-81. Вискозиметры капиллярные стеклянные. - М.: Стандартинформ, 2005, -15 с.

15. ГОСТ 12248.1-2020. Грунты. Определение характеристик прочности методом одноплоскостного среза. - М.: Стандартинформ, 2020, - 15 с.

16. ГОСТ 25100-2020 Грунты. Классификация. - М.: Стандартинформ, 2020. - 41 с.

17. ГОСТ 25584-2016. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации. - М.: Стандартинформ, 2020. - 15с.

18. ГОСТ 30416-2012. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения. - М.: Стандартинформ, 2018. - 15с.

19. ГОСТ 5886-2020. Грунты. Методы полевых испытаний сваями. - М.: Стандартинформ, 2020. - 51с.

20. ГОСТ Р 57941-2017. Композиты полимерные. Инфракрасная спектроскопия. Качественный анализ. - М. : Стандартинформ, 2019. - 27с.

21. Гуменский, Б. М. Погружение свай с помощью обмазок синтетическими смолами и глинами / Б. М. Гуменский - Л.: Издательство литературы по строительству, 1969. - 163 с.

22. Зарубина, Л. П. Защита территорий и строительных площадок от подтопления грунтовыми водами: учебное пособие / Л. П. Зарубина. - Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 212 с.

23. Ибрагимов, Г. З. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти / Г. З. Ибрагимов, Н. И. Хисамутдинов. - Москва: Недра, 1983. - 312 с.

24. Иванов, В. Д. Методика расчета сил бокового трения, устраиваемых способом «стена в грунте». Дис. ... канд. технич. наук 05.23.02 // Иванов Вадим Дмитриевич. - М., 1989. -213 с.

25. Ивачев, Л. М. Промывочные жидкости в разведочном бурении / Л. М. Ивачев. - М.: Недра, 1975. - 216 с.

26. Исаев, О. Н. Исследования сопротивления грунта сдвигу по контактной поверхности конструкций / О. Н. Исаев, Р. Ф. Шарафутдинов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2020. - № 2. - С. 23-30.

27. Киреев, Т. Ф. Моделирование полимерного заводнения с использованием сетки Вороного / Т. Ф. Киреев, Г. Т. Булгакова, И. Ф. Хатмуллин // Вычислительная механика сплошных сред. - 2018. - Т. 11. - №. 1. - С. 15-24.

28. Клейн, Г. К. Строительная механика сыпучих тел / Г. К. Клейн. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1981. - 203 с.

29. Лапин, К. Г. Изучение адсорбции полимеров для условий пластов ПК Русского месторождения / К. Г. Лапин, К. В. Торопов, Е. Р. Волгин, Р. Р. Бязров, В. В. Галимов, М. А Лагутина // Экспозиция Нефть Газ. - 2022. - №. 2. - С. 60-64.

30. Литов, Ю. Н Применение полимеров для ускорения погружения свай / Ю.Н. Литов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1965. - № 5 - С. 5-6.

31. Максимов, В. М. Справочное руководство гидрогеолога 3-е изд., перераб. и доп. Т. 1 / В. М. Максимов, В. Д. Бабушкин, Н. Н. Веригин и др. - Л.: Недра, 1979. - 512 с.

32. Малкин, А. Я. Реология: концепции, методы, приложения / А. Я. Малкин, А. И. Исаев. -СПб.: Профессия. - 2007. - 560 с.

33. Мангушев, Р. А. Сваи и свайные фундаменты. Конструкции, проектирование и технологии / Р. А. Мангушев, А. Л. Готман, В. В. Знаменский, А. Б. Пономарев, под ред. Р. А. Мангушева. 3-е изд., стереотип. - М.: АСВ, 2021. - 320 с.

34. Матвеенко, В. Н. Вязкость и структура дисперсных систем / В. Н. Матвеенко, Е. А. Кирсанов // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. - 2011. - Т. 52. -№. 4. - С. 243-276.

35. Мельник, И. В. Детоксикация отработанных буровых растворов и буровых шламов / И. В. Мельник, И.И. Чиник // ВЕСТНИК АГТУ - 2008. - № 3 (44). - С. 166-169.

36. Министерство культуры Российской Федерации. Большая Российская энциклопедия [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL://https://bigenc.ru/chemistry/text/3152711

37. Немцева, М. П. Реологические свойства коллоидных систем / М.П. Немцева, Д. В. Филиппов, А. А. Федорова. - Иваново, 2016. - 61 с.

38. Овчинников, В. П. Полимерные буровые растворы. Эволюция «из грязи в князи» / В. П. Овчинников, Н. А. Аксенова, Л. А. Каменский, В. А. Федоровская // Бурение и нефть. - 2014. - №. 12. - С. 24-29.

39. Погодин, М. А. Очистка сточных вод и переработка шлама фосфорных заводов / М. А. Погодин, Б. М. Леонов, Б. К. Страшко. - Л.: Химия. 1973. - 51 с.

40. Абрамова, Л. И. Полиакриламид / Л. И. Абрамова, Т. А. Байбурдов, Э. П. Григорян. - М.: Химия, 1992. - 192 с.

41. Полимеры Акриламида Полифлок Технические Условия ТУ 2414-002-74301823-2007/-[Электронный ресурс] - Режим доступа. URL://http://www.poliflok.ru/pics/fl.pdf

42. Полубаринова-Кочина, П. Я. Теория движения грунтовых вод / П. Я. Полубаринова-Кочина. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1952. -676 с.

43. Рекомендации по проектированию и строительству щелевых фундаментов. / НИИОСП им. Н. М. Герсеванова. - М.: Производственные экспериментальные мастерские ВНИИИС Госстроя СССР, 1982г. - 52 с.

44. Руководство по проектированию стен сооружений и противофильтрационных завес, устраиваемых способом «стена в грунте» (НИИОСП им. Н. М. Герсеванова). - М.: Стройиздат, 1977. - 128 с.

45. Савицкая, Т. А. Пособие для самостоятельной работы над лекционным курсом Коллоидная химия: вопросы, ответы и упражнения. Пособие для студентов химического факультета / Т. А. Савицкая, Д. А. Котиков. - Минск: БГУ, 2009. - 140 с.

46. СП 22.13330.2016. Свод правил. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* - М.: Минстрой РФ, 2016. - 228 с.

47. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.0385 - М.: Минрегион России, 2011. - 90 с.

48. СП 45.13330.2017. Свод правил. Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87. - М.: Минстрой РФ, 2016. - 228 с.

49. СП 412.1325800.2018. Конструкции фундаментов высотных зданий и сооружений. Правила производства работ. - М.: Стандартинформ, 2019. - 50 с.

50. Ильичев, В. А. Справочник геотехника, основания и фундаменты, подземные сооружения / В. А. Ильичев, Р. А. Мангушев. - М.: АСВ, 2016. - 1040 с.

51. Тер-Мартиросян, А. З. Особенности и сложности определения прочности на контакте грунтового и конструкционного материалов / А. З. Тер-Мартиросян, В. В. Сидоров, А. С. Алмакаева // Геотехника. - 2019. - № 4. - С. 30-40.

52. Тома, А. Полимерное заводнение для увеличения нефтеотдачи на месторождениях легкой и тяжелой нефти / А. Тома, Б. Саюк, Ж. Абиров, Е. Мазбаев // Территория Нефтегаз. - 2017. - № 7—8. - С. 58-67.

53. Уэллс, А. Структурная неорганическая химия / А. Уэллс. - М.: Мир, 1988. - 564 с.

54. Цытович, Н. А. Механика грунтов (краткий курс): учебник для вузов. - 3-е изд., доп. / Н. А. Цытович. - М.: Высшая школа. - 1979. - 272 с.

55. Шестаков, В. М. Динамика подземных вод / В. М. Шестаков. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. - С. 368.

56. Шулятьев, О. А. Основания и фундаменты высотных зданий: научное издание. - Изд. 2-е, перераб. и доп. / О. А. Шулятьев. - М.: Издательство АСВ, 2020. - 442 с.

57. Шулятьев, О. А. Применение водорастворимых высокомолекулярных полимеров для устройства фундаментов из буронабивных свай, баретт и «стены в грунте» в песчаных грунтах / О. А. Шулятьев, С. О. Шулятьев, О. А. Мозгачёва, В. С. Лесницкий. - М.: Вестник НИЦ Строительство. - 2019. - С. 131-139.

58. AASHTO B. D. S. American Association of State Highway and Transportation Officials // Washington, DC. - 2010. - Т. 4. - 29 p.

59. EN B. N. 1536: Execution of special geotechnical works-Bored piles // European Committee for Standardization. - 2010. - 82 p.

60. Bueer. Техническая информация по полимерным растворам [Электронный ресурс] -Режим доступа. URL: https://www.bauer.de/export/shared/documents/pdf/bma/datenblatter/ KBKT_DE_EN_905_778_1_2.pdf.

61. Bustamante, M. Performance of polymer slurries in large diameter bored pile / M. Bustamante, L. Gianeselli, R. Boato, A. Conedera // Deep Foundations on Bored and Auger Piles-BAP III. -CRC Press. - 2020. - P. 119-127.

62. Caputo, A. Instrumented large diameter bored piles/A. Caputo// Deep Foundations on Bored and Auger Piles-BAP III. -2008. - P. 213-217.

63. Corbet, S. P. Testing and analysis of preliminary test piles in very weak chalk / S. P. Corbet, D. S. Culley, D. E. Sherwood, J. E. M. Cockcroft // Proceedings of the Fourth International Conference on Piling and Deep Foundations. - 1991. - P. 57-63.

64. DIN 4126:2013-09 Stability analysis of diaphragm walls. 2013.- 18 p.

65. European Federation of Foundation Contractors and Deep Foundation Institute, 2019. Guide to support fluids for deep foundations. Deep Foundation Institute, USA [Электронный ресурс]. Режим доступа URL: https://www.effc.org/content/ uploads/2019/04/ EFFC_Support_Fluids_ Guide_FINAL.pdf.

66. Haeri, H. Investigation of shear behavior of soil-concrete interface / H. Haeri, V. Sarfarazi, Z. Zhu, M. F. Marji, A. Masoumi // Smart Structures and Systems. - 2019. - P. 81-90.

67. Hammoud, F. Experimental study of the behaviour of interfacial shearing between cohesive soils and solid materials at large displacement / F. Hammoud, A. Boumekik // Asian Journal Of Civil Engineering. - 2006. - P. 63-79.

68. Hanzawa, H. A Comparative study between the NGI direct simple shear apparatus and the Mikasa direct shear apparatus / H. Hanzawa, N. Nutt, T. Lunne, Y. X. Tang, M. Long // Soils and foundations. - 2007. - P. 47-58.

69. Haugwitz, H. G., Grundbau-Taschenbuch: Teil 3: / H. G. Haugwitz, M. Pulsfort // Bauwerke. -2018. - P. 823-907.

70. Hu, Z. Influence of torque on lateral capacity of drilled shafts in sands / Z. Hu, M. McVay, D. Bloomquist, R. Herrera, P. Lai // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. - 2006. - №. 4. - P. 456-464.

71. Huder, J. Stability of bentonite slurry trenches with some experiences in Swiss practice / J. Huder // Fifth ECSMFE, Madrid. - 1972. - P. 517-522.

72. Ilyichev, V. A., Calculation theory of trench stability nearby subway tunnels while constructing by'slurry trench'method / V. A. Ilyichev, L. R. Stavnitser // International Conference on Soil Mechanics and Fjundation Engineering. - 1999. - P. 1411-1414.

73. Ivanov, V. D. Investigation of Lateral Friction Forces /V. D. Ivanov; B. S. Fedorov; M. I. Smorodinov // 9th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (Tokyo). - 1977. - P. 565-566.

74. Jefferis, S. Polymer support fluids: use and misuse of innovative fluids in geotechnical works / S. A. Jefferis, C. Lam // 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. - Presses des Ponts. 2013. - P. 3219-3222.

75. KB Technologies Ltd. 2000. A SlurryPro CDP case history: Vasco da Gama Bridge. - Lisbon, Portugal. Trade literature. - 2000. - 42 p.

76. Lam, C. Effect of support fluids on pile performance - a field trial in east London. / C. Lam, V. Troughton, S. Jefferis, T. Suckling // Ground Engineering. - 2010. - P. 28-31.

77. Lam, C. Performance of bored piles constructed using polymer fluids: lessons from European experience / C. Lam, S. A. Jefferis // Journal of Performance of Constructed Facilities. - 2016. -№. 2. - P. 278-291.

78. Lam, C. Properties and applications of polymer support fluids in geotechnical engineering. DPhil thesis, University of Oxford, UK. - London: 2011. - 266 p.

79. Lam, C. Effects of polymer and bentonite support fluids on concrete-sand interface shear strength / C. Lam, S. A. Jefferis, C. M. Martin // Géotechnique. - 2014. - P. 28-39.

80. Lam, C. Observations on viscosity reduction of PHPA polymer support fluids./S.A. Jefferis, K.G. Goodhue // Deep Foundations and Geotechnical In Situ Testing. - 2010. - P. 184-191.

81. Lam, C., Performance of bored piles constructed using polymer fluids: lessons from European experience / C. Lam, S. A. Jefferis // Journal of Performance of Constructed Facilities. - 2016. -№. 2. - P. 04015024-1-04015024-9.

82. Lam, C., Polymer support fluids in civil engineering / C. Lam, S. A. Jefferis // ICE Publishing. Thomas Telford Ltd. London. - P. 3219-3222.

83. Larisch, M. Construction and stability risks for fluid supported deep excavations and their effects on design parameters / M. Larisch // DFI-PFSF Piling & Ground Improvement Conference 2022, Sydney, Australia. - P. 1-20.

84. Lennon, D. J. Piling projects constructed with vinyl polymer support fluid in Glasgow, Scotland / D. J. Lennon, D. Ritchie, G. O. Parry, T. P. Suckling // Proc., 10th Int. Conf. on Piling and Deep Foundations, Deep Foundations Institute, Hawthorne, NJ. - 2006. - P. 499-506.

85. Lesemann, H. Analytical stability checks for diaphragm wall trenches and boreholes supported by polymer solutions / H. Lesemann, N. Vogt, M. Pulsfort // Proceedings of 13 th Baltic sea geotechnical conference, Lithuania. - 2016. - P. 231-238.

86. Lesemann, H. Anwendung polymerer Stützflüssigkeiten bei der Herstellung von Bohrpfählen und Schlitzwänden : guc. - Technische Universität München. 2010. - 320 p.

87. Li, A. J. Trench stability under bentonite pressure in purely cohesive clay / A. J. Li, R. S. Merifield, H. D. Lin, A. V. Lyamin // International Journal of Geomechanics. - 2014. - P. 151157.

88. Mohammadi, A. Shear strength behavior of crude oil contaminated sand-concrete interface / A. Mohammadi, T. Ebadi, A. Eslami A. // Geomechanics & engineering. - 2017. - P. 211-221.

89. Morgenstern, N. The stability of a slurry trench in cohesionless soils / N. Morgenstern, I. Amir-Tahmasseb // Geotechnique. - 1965. - P. 387-395.

90. Muller-Kirchenbauer, H. Stability of slurry trenches / H. Muller-Kirchenbauer // Fifth Eur Conf On Soil Proc. - 1972. - P. 387-395.

91. Muller-Kirchenbauer, H. Stability of slurry trenches in inliomogeneous subsoil / H. Muller-Kirchenbauer // Proceedings of the 10th International Conference of Soil Mechanics and Foundation Engineering, Tokyo. - 1972. - P. 125-132.

92. Nash, J. The support of trenches using fluid mud / Nash J., Jones G. K. // Proc., Grouts and Drilling Muds in Engineering Practice. - 1963. - P. 177-180.

93. Nash, K. L. Stability of trenches filled with fluids / K. L. Nash // Journal of the Construction Division. - 1974. - P. 533-542.

94. Niemunis, A. Anisotropic visco-hypoplasticity / A. Niemunis, C. E. Grandas-Tavera, L. F. Prada-Sarmiento //Acta Geotechnica. - 2009. - P. 293-314.

95. Oblozinsky, P. A Design method for slurry trench wall stability in sandy ground based on the elasto-plastic FEM / P. Oblozinsky, K. Ugai, M Katagiri, K. Saitoh, T. Ishii, T. Masuda, K. Kuwabara // Computers and Geotechnics. - 2001. - P. 145-159.

96. Piaskowski, A. Application of thixotropic clay suspensions for stability of vertical sides of deep trenches without strutting / A. Piaskowski // Proc. of the 6th Int'l Conf. on Soil Mechanics and Foundation Engineering. - 1965. - P. 526-529.

97. PLAXIS CE V20 [Электронный ресурс] [сайт]. - Режим доступа: URL: https://www.plaxis.ru/ support/manual_supplement/?ysclid=la84y5shkt852165873

98. PLAXIS CE V20 [Электронный ресурс] - Режим доступа: URL: https://www.plaxis.ru/ support/manual_supplement/?ysclid=la89wyt0kj228349183

99. Potyondy, J. G. Skin friction between various soils and construction materials / J. G. Potyondy // Geotechnique. - 1961. - P. 339-353.

100. Haegeman, W., van Impe W. F. (ed.). Deep Foundations on Bored and Auger Piles-BAP III. -CRC Press, 2020. - 538 p.

101. Puller, M. Deep excavations: a practical manual / M. Puller // London : Thomas Telford, 2003. -584 p.

102. Sabirov, D. G. Reservoir simulation of polymer flooding: challenges and current results / D. G. Sabirov, R. A. Demenev, K. D. Isakov, I. R. Ilyasov, A. G. Orlov, A. G. N. A. Glushchenko // SPE Russian Petroleum Technology Conference. - 2020. - P. 450-475,

103. Schlumberger Ltd. ECLIPSE Technical Description. 2010. - 1758 p.

104. Schneebeli, G. La stabilité des tranchées profondes forées en présence de boue / G. Schneebeli // La houille blanche. - 1964. - P. 815-822.

105. Schünmann, D. Fisherman's friend / D. Schünmann // Ground Engineering. - 2004. - P. 73-89.

106. Shakir, R. R. An examination of the mechanical interaction of drilling slurries at the soil-concrete contact / R. R. Shakir, J. G. Zhu // Journal of Zhejiang University SCIENCE A. - 2010. - P. 294-304.

107. Steinhoff, J. Standsicherheitsbetrachtungen für polymergestützte Erdwände. - Bergische Univ., Fachbereich Bautechnik, 1993. - 320 p.

108. Suckling T. Effect of support fluids on pile performance-a field trial in East // Ground Engineering. - 2010. - P. 29-31.

109. Thasnanipan, N. Behaviour of polymer-based slurry for deep-seated bored piles in multi-layered soil of Bangkok / N. Thasnanipan, Z. Z. Aye, T. Boonyarak // Proceedings of the 4th International Geotechnical Seminar on Deep Foundations on Bored and Auger Piles (BAP IV), Ghent, Belgium, Millpress, - 2003. - P. 267-274.

110. Tsubakihara, Y. Frictional behaviour between normally consolidated clay and steel by two direct shear type apparatuses / Y. Tsubakihara, H.Kishida // Soils and foundations. - 1993. - P. 1-13.

111. Van Genuchten, M. T. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils / M. T. Van Genuchten // Soil science society of America journal. - 1980. - P. 892-898.

112. Veder, C. Procédé de construction de diaphragmes imperméables à grande profondeur au moyen de boues thixotropiques / C. Veder // Proceedings of the Third International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Switzerland 16th-27th August 1953. - P. 91-94.

113. Verst, R. Stability analysis of polymer-fluid-supported earth walls and influence of type of polymer in solution / R.Verst, W. Lieske, M. Pulsfort // Proceedings of the XVII ECSMGE. Geotechnical Engineering Foundation of the Future. Reykjavik. - 2019. - P. 1-8.

Приложение А Результаты сравнения результатов эксперимента с результатами

математического моделирования

Таблица 1 . Результаты сравнения результатов эксперимента с результатами математического моделирования, для песка средней крупности, плотного

Время [ч] Площадь замачивания, см2 Абсолютная разница [см2] Относительная разница

По результатам наблюдения По результатам математического моделирования

Ап Ат (Ап-Ат) (Ап-Ат)/Ап

Вода

0:00:00 0 0 0 0

0:30:24 511 420 91 0,18

1:07:12 790 644 146 0,18

1:52:00 1036 884 152 0,15

3:00:24 1314 1112 202 0,15

5:52:24 1827 1590 237 0,13

6:27:36 1947 1716 231 0,12

7:29:36 2108 1900 208 0,10

9:58:24 2388 2150 238 0,10

11:50:48 2650 2340 310 0,12

15:44:24 2976 2630 346 0,12

полиакриламид в концентрации 2 г/л

0:00:00 0 0 0 0

2:23:12 148 116 32 0,22

3:39:36 182 140 42 0,23

7:46:24 215 160 55 0,26

15:37:36 268 190 78 0,29

2:08:00 322 240 82 0,25

10:57:12 343 254 89 0,26

20:02:00 378 262 116 0,31

14:43:36 415 315 100 0,24

3:42:00 438 331 107 0,24

21:28:24 467 362 105 0,22

4:04:00 479 369 110 0,23

14:34:24 529 417 112 0,21

23:21:36 567 453 114 0,20

17:32:48 945 985 40 0,04

9:16:24 1018 1031 13 0,01

19:10:00 1022 1045 23 0,02

9:49:3б 1328 1307 21 0,02

б: 17:12 1370 133б 34 0,02

9:59:12 1390 13б0 30 0,02

19:43:12 1750 1700 50 0,03

полиакриламид в концентрации 4 г/л

0:00:00 0 0 0 0

18:10:00 133 92 41 0,31

18:33:3б 181 128 53 0,29

11:12:24 238 173 б5 0,27

9:39:3б 293 25б 37 0,13

3:03:12 453 442 11 0,02

11:08:24 477 477 0 0,00

б:04:48 482 494 12 0,03

0:54:48 490 510 20 0,04

10:04:24 503 530 27 0,05

б:25:3б 504 542 38 0,07

5:15:12 587 бб0 73 0,12

11:42:00 б03 б88 85 0,14

13:27:12 б10 705 95 0,1б

5:41:12 б22 724 102 0,1б

полиакриламид в концентрации б г/л

0:00:00 0 0 0 0

11:03:12 85 75 10 0,11

7:59:3б 138 115 23 0,1б

22:08:48 142 145 3 0,02

13:1б:00 145 1б2 17 0,12

11:15:12 175 1б0 15 0,09

8:53:12 185 182 3 0,02

11:33:12 25б 252 4 0,02

14:48:00 2б9 295 2б 0,10

8:3б:00 273 307 34 0,13

13:30:00 301 319 18 0,0б

19:42:24 381 325 5б 0,15

Время [ч] Площадь замачивания, см2 Абсолютная разница [см2] Относительная разница

По результатам наблюдения По результатам математического моделирования

Ап Ат (Ап-Ат) (Ап-Ат)/Ап

Вода

0:00:00 0 0 0 -

0:16:48 423 377 46 0,11

0:36:24 670 598 72 0,11

1:08:24 928 907 21 0,02

1:32:48 1070 933 137 0,13

1:50:00 1170 1035 135 0,12

2:28:24 1340 1248 92 0,07

4:00:24 1740 1665 75 0,04

5:24:24 1980 1941 39 0,02

7:24:48 2327 2268 59 0,03

8:34:24 2495 2493 2 0,00

9:22:48 2593 2552 41 0,02

полиакриламид в концентрации 2 г/л

0:00:00 0 0 0 -

7:33:12 248 170 78 0,31

12:58:24 338 248 90 0,27

16:58:00 533 459 74 0,14

8:53:12 603 546 57 0,09

19:18:48 1294 1662 368 0,28

9:44:48 1376 1780 404 0,29

9:03:12 1458 1842 384 0,26

20:41:12 1465 1847 382 0,26

полиакриламид в концентрации 4 г/л

0:00:00 0 0 - -

0:30:00 183 175 8 0,04

10:45:36 225 256 31 0,14

23:40:00 292 340 48 0,16

8:38:48 362 424 62 0,17

9:38:24 379 447 68 0,18

20:49:12 429 537 108 0,25

4:33:12 437 550 113 0,26

15:45:3б 589 770 181 0,31

17:12:24 594 779 185 0,31

3:48:24 б00 770 170 0,28

10:57:12 б1б 802 18б 0,30

11:15:12 б45 842 197 0,31

21:18:00 бб9 851 182 0,27

11:37:3б б80 890 210 0,31

4:34:00 б82 899 217 0,32

2:23:12 700 905 205 0,29

18:43:3б 780 1003 223 0,29

полиакриламид в концентрации б г/л

0:00:00 0 0 0 0,00

17:28:48 130 94 3б 0,28

17:21:12 1б7 110 57 0,34

13:57:3б 187 128 59 0,32

23:48:48 195 132 б3 0,32

4:32:24 215 138 77 0,3б

2:18:00 235 152 83 0,35

12:14:48 249 1б8 81 0,33

8:1б:48 25б 178 78 0,30

22:27:3б 2б7 18б 81 0,30

1:28:00 271 198 73 0,27

0:12:00 275 20б б9 0,25

18:05:12 288 223 б5 0,23

1б:39:3б 302 239 б3 0,21

1б:4б:00 397 3б1 3б 0,09

0:44:24 401 374 27 0,07

7:03:12 410 390 20 0,05

7:08:24 424 404 20 0,05

13:34:00 452 454 2 0,00

12:22:48 457 4б4 7 0,02

21:32:24 537 582 45 0,08

Время [ч] Площадь замачивания, см2 Абсолютная разница [см2] Относительная разница

По результатам наблюдения По результатам математического моделирования

Ап Ат (Ап-Ат) (Ап-Ат)/Ап

Вода

0:00:00 0 0 0 0

0:08:48 818 671 147 0,18

0:12:24 998 831 167 0,17

0:18:00 1264 1130 134 0,11

0:24:00 1469 1355 114 0,08

0:34:48 1767 1689 78 0,04

0:42:24 1970 1882 88 0,04

0:50:48 2108 2012 96 0,05

0:58:48 2315 2237 78 0,03

1:04:24 2384 2257 127 0,05

1:10:24 2481 2368 113 0,05

1:14:24 2571 2437 134 0,05

полиакриламид в концентрации 2 г/л

0:00:00 0 0 0 0

0:19:12 149 109 40 0,27

0:51:36 230 169 61 0,27

1:10:00 261 177 84 0,32

1:31:36 274 187 87 0,32

3:04:24 361 248 113 0,31

3:53:12 401 271 130 0,32

4:22:24 405 275 130 0,32

11:17:36 586 441 145 0,25

19:06:00 731 597 134 0,18

4:50:00 860 759 101 0,12

15:13:36 983 909 74 0,08

4:46:48 1081 1 037 44 0,04

19:58:48 1204 1 182 22 0,02

полиакриламид в концентрации 4 г/л

0:00:00 0 0

4:46:48 218 169,1152 49 0,22

8:37:36 280 217,6303 62 0,22

11:20:48 310 232.5 78 0,25

20:37:3б 385 290,5бб 94 0,25

10:48:00 4б0 3б1,8бб7 98 0,21

19:10:24 475 375,б154 99 0,21

3:33:3б 511 418,5045 92 0,18

19:11:12 5б2 4бб,3081 9б 0,17

3:20:24 б05 514,010б 91 0,15

10:24:24 б75 б13,1928 б2 0,09

22:45:3б б83 б22,5012 б0 0,09

3:09:3б 770 720,322б 50 0,0б

полиакриламид в концентрации б г/л

0:00:00 0 0 - -

2:13:12 141 94 47 0,33

3:50:48 185 125 б0 0,32

5:49:3б 214 147 б7 0,31

1б:35:12 297 205 92 0,31

3:00:24 3б1 251 110 0,30

17:44:48 420 294 12б 0,30

17:05:12 490 395 95 0,19

20:2б:48 520 4б9 51 0,10

18:12:48 597 5б2 35 0,0б

1б:27:3б б32 б17 15 0,02

8:44:24 701.4 б84 17 0,02

12:09:12 747 747 0 0,00

10:10:48 781 795 14 0,02

21:32:24 793 823 30 0,04

23:5б:24 1054 1307 253 0,24

3:42:00 1140 1403 2б3 0,23

20:48:24 1195 1570 375 0,31

Время [ч] Площадь замачивания, см2 Абсолютная разница [см2] Относительная разница

По результатам наблюдения По результатам математического моделирования

Ап Ат (Ап-Ат) (Ап-Ат)/Ап

Вода

0:00:00 0 0 0 0

0:16:00 1100 900 200 0,18

0:22:00 1368 1100 268 0,20

0:28:00 1610 1300 310 0,19

0:35:12 1857 1570 287 0,15

0:41:12 2044 1850 194 0,09

0:50:00 2281 2100 181 0,08

0:56:48 2403 2300 103 0,04

0:59:36 2523 2360 163 0,06

полиакриламид в концентрации 2 г/л

0:00:00 0 0 0 0

0:24:24 228 158 70 0,31

0:59:36 373 252 121 0,32

1:21:12 424 305 119 0,28

3:08:24 566 407 159 0,28

5:24:24 714 573 141 0,20

6:23:36 749 609 140 0,19

7:16:00 793 647 146 0,18

7:58:00 814 678 136 0,17

9:12:00 853 749 104 0,12

10:15:12 883 758 125 0,14

11:12:24 937 814 123 0,13

12:45:12 974 890 84 0,09

16:01:12 1051 1001 50 0,05

17:43:36 1095 1069 26 0,02

20:02:48 1159 1112 47 0,04

6:17:36 1314 1386 72 0,05

полиакриламид в концентрации 4 г/л

0:00:00 0 0 0 0

0:23:12 114 82 32 0,28

2:20:24 227 173 54 0,24

2:52:48 250 185 65 0,26

5:12:24 301 225 7б 0,25

б:43:3б 340 24б 94 0,28

15:28:48 435 379 5б 0,13

5:09:3б 528 503 25 0,05

12:49:12 б0б 590 1б 0,03

22:25:3б б38 б70 32 0,05

23:4б:00 80б 888 82 0,10

11:52:48 813 952 139 0,17

23:59:12 8б3 1020 157 0,18

полиакриламид в концентрации б г/л

0:00:00 0 0 0 0

1:52:00 152 115 37 0,24

2:23:12 174 130 44 0,25

7:05:12 250 170 80 0,32

10:54:48 411 351 б0 0,15

12:10:48 4б0 348 112 0,24

2:33:3б 502 405 97 0,19

18:08:00 54б 444 102 0,19

10:21:12 570 488 82 0,14

21:32:48 б12 52б 8б 0,14

13:32:48 718 58б 132 0,18

4:57:12 73б б2б 110 0,15

19:08:48 754 б4б 108 0,14

0:20:00 1085 117б 91 0,08

Приложение Б. Справка о внедрения результатов диссертационного исследования

В диссертационный совет Д54.1.002.01 при АО «НИЦ «Строительство» по адресу: 109428, г. Москва, 2-я Институтская ул., д.6

Справка о внедрении результатов диссертационного исследования

Настоящей справкой подтверждается, что результаты диссертационной работы Лесницкого Виталия Сергеевича на тему: «Применение полиакриламидных буровых растворов при устройстве баретт в песчаных грунтах» были использованы при разработке следующих нормативных документов:

1. СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» автор принимал участие в составе коллектива в разработке раздела 14. «Сооружения, возводимые способом «стена в грунте»

2. СП 412.1325800.2018. «Конструкции фундаментов высотных зданий и сооружений» автор принимал участие в составе коллектива в разработке раздела «Правила производства работ. 5. Требования к используемым материалам. 5.1. Требования к бентонитовому и полимерному растворам».

Директор

НИИООСП им. Н.М. Герсеванова

Р.Ф. Шарафутдинов

АО «НИЦ «СТРОИТЕЛЬСТВО»:

109428, г. Москва, 2-я Институтская ул., д. 6 тел.: [phone] факс: [phone] [e-mail] [ www.cstroy.ru

НИИОСП ИМ. Н.М. ГЕРСЕВАНОВА

109428, г. Москва, 2-я Институтская ул., д. 6, к. 12 тел.: [phone] факс: [phone] [e-mail] | www.niiosp.ru

ИНН 5042109739, КПП 504201001, ОГРН1095042005255

Юридический адрес АО «НИЦ «Строительство»: 141367, Московская область, г. Сергиев Посад, пос. Загорские Дали, д. 6-11