Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса 14
1.1. Опыт использования свайных фундаментов и пути повышения эффективности их устройства 14
1.2. История внедрения практического применения РИТ в геотехнике 20
1.3. Сущность современной технологии изготовления свай-РИТ 24
1.4. Анализ несущей способности свай-РИТ по грунту на вдавливающую нагрузку по результатам испытаний и существующим методам расчета 27
1.5. Выводы по главе 34
2. Теоретические исследования влияния электровзрывов на изменение НДС грунта при изготовлении свай-РИТ 36
2.1. Особенности электровзрывного воздействия на грунт при изготовлении свай-РИТ 36
2.2. Теоретическое представление об изменении НДС грунта в процессе изготовления свай-РИТ 49
2.3. Обоснование подхода к расчету несущей способности грунта под нижним концом висячих свай-РИТ 59
2.4. Выводы по главе 71
3. Экспериментальные исследования влияния разрядно-импульсной обработки на уплотнение грунта и несущую способность свай-РИТ 73
3.1. Исследование физико-механических свойств маловлажных песков, прилегающих к сваям-РИТ 73
3.2. Исследование уплотнения грунтов в результате их разрядно-импульсной обработки под существующими фундаментами сооружений 78
3.3. Численное моделирование влияния геометрии формы сваи на ее несущую способность по грунту 81
3.4. Исследование влияния разрядно-импульсной обработки на несущую способность свай-РИТ, выполненное на опытном свайном полигоне "РИТ" 85
3.5. Выводы по главе и рекомендации 93
4. Экспериментальные исследования влияния разрядно-импульсной обработки на изменение НДС маловлажного песчаного грунта вокруг свай-РИТ 94
4.1. Экспериментальный лоток, используемое оборудование, содержание и методика исследований 94
4.2. Анализ результатов экспериментальных исследований влияния разрядно-импульсной обработки на изменение НДС маловлажного песчаного грунта вокруг свай-РИТ 109
4.2.1. Влияние энергии и частоты электровзрывов на уплотнение грунта и размеры камуфлетных уширений свай-РИТ 109
4.2.2. Деформируемость маловлажного песчаного грунта при изготовлении свай-РИТ 112
4.2.3. Физико-механические характеристики грунта после РИО сваи 121
4.2.4. Напряженное состояние маловлажного песчаного грунта вокруг свай-РИТ 127
4.3. Выводы по главе 133
5. Внедрение результатов исследований в практику проектирования свай-РИТ 135
5.1. Совершенствование методики расчета несущей способности свай-РИТ по грунту на вдавливающую нагрузку 135
5.2. Применение усовершенствованной методики расчета при проектировании и строительстве свай-РИТ на реальных объектах в Москве (на примере свайных фундаментов высотных зданий) 143
5.3. Выводы по главе и пути дальнейших исследований 155
Основные выводы 157
Используемая литература 160
Приложения 171
- История внедрения практического применения РИТ в геотехнике
- Теоретическое представление об изменении НДС грунта в процессе изготовления свай-РИТ
- Исследование уплотнения грунтов в результате их разрядно-импульсной обработки под существующими фундаментами сооружений
- Анализ результатов экспериментальных исследований влияния разрядно-импульсной обработки на изменение НДС маловлажного песчаного грунта вокруг свай-РИТ
Введение к работе
Введение
Развитие строительства идет по пути увеличения нагрузок на грунты основания. Геотехника обязана решать возникающие при этом проблемы. Эффективными направлениями их решения являются: внедрение технологий, максимально использующих возможности грунтового основания; разработка конструкций фундаментов; а также совершенствование расчетного аппарата.
В крупных городах, площадок, удобных для строительства, практически не осталось, используются территории, считавшиеся ранее непригодными. Учитывая тенденцию настоящего времени к повышению этажности зданий, в таких условиях высокую надежность и минимальную неравномерность осадок обеспечивают свайные и комбинированные свайно-плитные (КСП) фундаменты [84, 86, 90,113,119,123, 127].
Забивка и вибропогружение свай в условиях плотной застройки и внутри глубоких котлованов ограничиваются динамическим воздействием, поэтому все большее использование находят буронабивные сваи.
С 1990 года применяют новый вид буронабивных свай высокой несущей способностью (НС) по грунту - сваи-РИТ (разрядно-импульсные технологии). При их изготовлении осуществляют динамическое уплотнение околосвайного грунта сериями щадящих электровзрывов (ЭВ) электрических разрядов энергией до бОкДж [40, 47, 49, 125] в скважинах, заполненных подвижной бетонной смесью. На заданных уровнях разрядно-импульсной обработки (РИО) у свай создают камуфлетньте уширения (КУ). Свая приобретает гантелеобразную форму, а напряженно-деформированное состояние (НДС) грунта вокруг зон РИО существенно изменяется.
НС свай-РИТ по данным испытаний вдавливающей нагрузкой согласно [25] более чем в 2 раза превышает НС, определяемую расчетом с помощью известных действующих методик [58, 103, 104, 119, 123]. Проведение испытаний натурных свай в процессе инженерно-геологических изысканий (ИГИ) для установления их реальной НС, по ряду непреодолимых причин
Введение
является исключением. Недоиспользование НС свай негативно отражается на реализации приоритетного национального проекта "Доступное и комфортное жилье - гражданам России".
Актуальность работы вызвана необходимостью совершенствования и научного обоснования методики расчета НС висячих свай-РИТ по грунту, позволяющей на стадии проектирования определять НС свай-РИТ, подтверждаемую последующими испытаниями. Для чего требуется исследовать преобразование НДС грунта, окружающего свай-РИТ.
Актуальность изучения поведения грунта вокруг свай, изготавливаемых по РИТ, подтверждается возросшим числом публикаций на эту тему [8,9, 34, 35, 39,111, 112,137].
Настоящая работа выполнена в рамках НИР «Экспериментальное и теоретическое обоснование применения и внедрения РИТ при устройстве буронабивных свай для строящихся зданий повышенной этажности по программе "Новое кольцо Москвы"» № Гос. регистрации 01020412207.
В качестве объекта исследований принят маловлажный песчаный грунт, окружающий сваю-РИТ.
Предмет исследований - НДС и основные физико-механические характеристики маловлажного песчаного грунта, окружающего сваю-РИТ.
Методы исследований - теоретический и экспериментальный. Последний включает исследования: в специальном лотке; на полигоне и реальных объектах, с изготовлением и испытанием натурных свай-РИТ.
Цель диссертации - установить закономерности изменения НДС грунта в зоне влияния РИО при устройстве свай-РИТ, на основе которых разработать, научно обосновать и внедрить метод расчета НС висячих свай-РИТ по грунту.
Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:
Теоретически исследовать влияние ЭВ на изменение НДС грунта.
Выполнить натурные исследования и установить влияние РИО на НС свай-РИТ и уплотнение окружающего грунта.
Введение
Провести лабораторные исследования и выявить закономерности изменения НДС и основных физико-механических характеристик грунта в зоне влияния РИО при изготовлении свай-РИТ.
Усовершенствовать и дать научное обоснование методике расчета НС свай-РИТ по грунту на вдавливающую нагрузку.
Проверить предложенную методику при проектировании реальных объектов с последующим испытанием свай-РИТ по [25].
Разработать технические рекомендации по проектированию свай-РИТ.
Научная новизна работы:
Установлены основные закономерности изменения НДС и физико-механических характеристик маловлажных песчаных грунтов вокруг формируемых КУ свай-РИТ.
В исследуемом диапазоне энергий, обнаружена и доказана возможность использования принципов пропорциональности и геометрического подобия при Прогнозе размеров зоны уплотнения (ЗУ) и зон изменения НДС маловлажных песчаных грунтов вокруг КУ свай-РИТ от размеров условной камуфлетной полости (УКП), полученной серией ЭВ.
Обоснована возможность использования для предварительных расчетов НС грунта под нижним концом свай-РИТ, расчетных значений сопротивления грунта (R), принятых для забивных свай.
Усовершенствована методика расчета НС висячих свай-РИТ по грунту на вдавливающую нагрузку.
Практическая значимость состоит:
В создании научно-обоснованной методики расчета НС свай-РИТ по грунту, опирающейся на нормативную базу, проверенную многолетней практикой проектирования, и обеспечивающей необходимую сходимость расчетов с результатами испытаний свай вдавливающей нагрузкой по [25].
В разработке Технических рекомендаций ТР 50-180-06 по проектированию и устройству свайных фундаментов (СФ), выполняемых
Введение
с использованием разрядно-импульсной технологии для зданий
повышенной этажности [132]. 3. В разработке нового конструктивного решения узла соединения секций
арматурных каркасов свай [92].
Достоверность результатов исследований, а также сформулированных в работе научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена корректным использованием теоретических положений в области механики грунтов и комплексом результативных экспериментов, поставленных в лабораторных и полевых условиях с применением современного оборудования. Расчеты по новой методике подтверждены высокой сходимостью с данными контрольных испытаний свай-РИТ вдавливающей нагрузкой и практикой проектирования.
Реализация работы. Результаты исследований внедрены:
при проектировании и строительстве СФ под высотные жилые дома на проспекте Вернадского-37, улице Давыдковская-19 и др.;
в Технических рекомендациях ТР 50-180-06.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
84-м заседании научно-исследовательского семинара по теоретическим и прикладным проблемам современной механики грунтов (РФ, Москва, МГСУ (МИСИ), 28.05.2004);
Международной научно-технической конференции «Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях» (РФ, г. Уфа, 3-5.10.2006);
Академических чтениях по геотехнике и Международном совещании заведующих кафедрами механики грунтов, оснований и фундаментов, подземного строительства и гидротехнических работ, инженерной геологии и геоэкологии строительных вузов и факультетов «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики механики грунтов и фундаментостроения» (РФ, г. Казань, 22-23.11.2006).
Введение
Личный вклад автора состоит:
В проведении теоретических исследований влияния РИО на изменение НДС грунтов вокруг КУ свай-РИТ.
В получении результатов экспериментальных исследований изменения НДС и основных физико-механических характеристик грунта вокруг свай-РИТ.
В распространении принципов пропорциональности и подобия для оценки размеров ЗУ и зон изменения НДС грунта от размеров УКП.
В обосновании правомерности использования расчетных сопротивлений грунта (R) забивных свай для расчета НС под нижним концом висячих свай-РИТ.
В участии разработки Технических рекомендаций по проектированию и устройству СФ, выполняемых с использованием РИТ [132].
В разработке нового конструктивного решения узла соединения секций арматурных каркасов свай (патент РФ № 51639 - в соавторстве) [92].
На защиту выносятся:
Результаты экспериментальных натурных исследований влияния РИО на НС свай-РИТ и уплотнение окружающего грунта.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований изменения НДС и основных физико-механических характеристик маловлажных песчаных грунтов при изготовлении свай-РИТ.
Выявленные закономерности определения размеров КУ свай-РИТ, ЗУ и зон изменения НДС грунта вокруг КУ.
Метод расчета НС свай-РИТ по .грунту на вдавливающую нагрузку.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах, включая патент РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глав, основных выводов, списка литературы из 176 наименований и приложений на 50 листах. Объем диссертации составляет 170 страниц, включая 130 страниц текста, 6 таблиц, 49 иллюстраций.
Введение
Автор выражает признательность научному руководителю д.т.н. проф. З.Г.Тер-Мартиросяну, глубоко благодарен научному консультанту к.т.н. В.Я.Еремину за ценные практические советы, постоянную помощь и поддержку. Работе над диссертацией во многом способствовали содействие и внимание коллектива кафедры МГрОиФ МГСУ, а также сотрудников фирмы «РИТА». В проведении цикла лотковых экспериментальных исследований значительную помощь оказал отдел ООО «ПромТехСнаб-96» и лично А.А.Исаев. Спасибо всем, благодаря кому оказалось возможным выполнение настоящей работы.
История внедрения практического применения РИТ в геотехнике
Впервые электрические разряды в воде описаны в 1766 г. При этом образовывались разрушающие гидродинамические импульсы [158], применения которым не нашли на протяжении почти 200 лет. При создании мощных высоковольтных электроустановок (трансформаторов, разъединителей и т.п.) столкнулись с электрическим пробоем жидких диэлектриков. Разрушающие действия, возникающие при этом, сформировали устойчивое мнение о вредности электрического разряда в жидкости. Многие десятилетия это мнение сохранялось среди ученых и инженеров электриков. Идея о высоковольтном разряде в жидкости, как источника мощных и направленных волн для совершения механической работы, была высказана в 1944 году Г.И.Покровским и К.П.Станюковичем [97]. В 1948 году Ф.Фрюнгель [164, 165] оценил механический к.п.д. "электрического" разряда в воде в 1% и сделал вывод о бесперспективности его практического применения. В 1950г. Л.А.Юткин запатентовал способ создания высоких и сверх высоких давлений на основе ЭВ в жидкости. Это и другие предложения Юткина оказались весьма своевременными и были незамедлительно востребованы [155]. Явления, сопровождаемые электрический разряд в жидкости, Л.А.Юткин назвал «электрогидравлическим эффектом» (ЭГЭ) [157, 158].
В ходе исследований процессов, происходящих при электрических разрядах в жидкостях, и прикладного использования сопутствующих эффектов было защищено более 100 диссертаций, одновременно были сделаны тысячи изобретений. Применение ЭВ в геотехнике началось с 1962 г. (приоритет МИСИ от 5.06.62 за №30166 записан в книге Гос. регистрации), под руководством д.т.н. Г.М.Ломизе было исследовано уплотнение водонасыщенных песчаных грунтов [21, 116, 145]. В 1977г. под руководством д.т.н. Б.И. Далматова в ЛИСИ [160] исследовался способ изготовления буронабивных свай с помощью ЭГЭ. В те же годы исследовалось электрогидравлическое воздействие на свойства воды, цементного теста и камня [87], при этом было установлено влияние ЭВ на свойства жидкостей, в которых они производятся. Так, по данным [82, 83], вязкость воды обработанной ЭВ уменьшается, на 20-30% повышается скорость ее фильтрации, а растворяющая способность воды возрастает почти в два раза, что способствует лучшему прониканию цементного «молока» в микротрещины и поры грунта. Бетон, затворенный на воде, подвергнутой РИО, дает прирост прочности на 20-25% [87, 107]. Генераторы импульсных токов (ГИТ) 60-70-тых годов XX века создавались на напряжение 30-100кВ. Стремление использовать высокие напряжения объясняется известной формулой для определения количества электрической энергии Wo, запасенной в конденсаторах [143] По условиям безопасности работы с напряжением более 35кВ не допускалось присутствие людей в радиусе 8- 10м, что создавало неудобства применения РИТ. Электродные системы были недолговечны, выдерживали не более 1000-2500 импульсных разрядов. В конденсаторах использовались вещества, являющиеся сильными ядами среди хлорорганических инсектицидов. Оборудование имело большие габариты и вес [21, 116, 145]. При этом теоретически запасаемая установками электрическая энергия составляла всего 40кДж, а реально используемая не превышала 15кДж.
При изготовлении первых буронабивных свай электрические разряды в бетонной смеси были нестабильны. Суперпластификаторы в то время не применялись, поэтому образующиеся при ЭВ парогазовые полости (ПГП) не "схлопывались", последующие разряды часто происходили в воздухе. Бетонная смесь уплотнялась неравномерно, а уплотнение грунта было едва уловимым. В связи с этим, результаты проведенных исследований тех лет широкого практического применения в строительстве не нашли. Успешному развитию РИТ в строительстве способствовали: Б.В.Бахолдин, Г.Н.Гаврилов [18], Б.И.Далматов, С.В.Бровин [8], В.М.Бухов [9], Я.Д.Гильман [21], А.М.Дзагов, Х.А.Джантимиров [34, 35], В.С.Евдокимов [39], А.Л.Егоров [18, 39], В.Я.Еремин [44, 45, 47, 49], Ю.В.Кадушкин, С.К.Коровин [18], В.Л.Кубецкий [68], В.И.Курков, Г.М.Ломизе [76], К.Д.Молчанов, А.Г.Муха [87], Н.М.Ромащенко [107], Л.А.Семушкина [116], В.М. Улицкий [137, 138], Л.П.Хлюпина [145], Л.А.Юткин [157, 158], Г.Н.Яссиевич [160], П.И.Ястребов и др. Большой вклад в совершенствование РИТ внесли сотрудники фирмы «РИТА».
Теоретическое представление об изменении НДС грунта в процессе изготовления свай-РИТ
Зная общую картину НСД грунта вокруг сваи-РИТ можно оценить поведение грунта под нагрузкой, спрогнозировать осадку и НС сваи. Нахождение истинного НДС после РИО - сложная задача с большим числом взаимовлияющих параметров. Изменение НДС грунта, окружающего сваю-РИТ, в процессе ее изготовления условно можно разделить на следующие стадии: бурение скважины; заполнение скважины бетонной смесью; РИО скважины (основная трансформация НДС); релаксация напряжений после РИО. При бурении скважины, природное (геостатическое) НДС массива изменяется - происходит его разгрузка, так как противодавление грунта со стороны скважины уменьшается. Частицы в массиве смещаются к выработке, окружающий грунт разуплотняется [174]. Проявление этого эффекта пропорционально диаметру скважины [31, 57,161,173,174]. Теоретически, после проходки скважины в окружающем массиве формируется НДС, которое . можно описать соотношениями [127], вытекающими из решения задачи Ляме [7,168]. rs - радиус буровой скважины; us - радиальное смещение стенки скважины. Заполнение скважины бетонной смесью приостанавливает смещение грунта и развитие разуплотнения, но не возвращает грунт в исходное НДС. Действие этого давления ограничено временем, отводимым на заполнение скважины бетонной смесью, которое в нормативных документах определено достаточно условно. Так, Инструкция [58] допускает производить бетонирование свай в обводненных песчаных и в других неустойчивых грунтах не позже 8ч после окончания бурения. В аналогичном случае, в [162] говорится, что бетонирование должно выполняться немедленно после удаления грунта, дабы не допустить разрыхления или размягчения грунта. Учитывая, что при изготовлении свай-РИТ простоя пустой скважины на строительной площадке практически нет (закачивание бетонной смеси осуществляется под давлением через полый шнек по мере его извлечения), исходное НДС прилегающего грунта, не успевает претерпеть существенного изменения, и принимается равным природному НДС. РИО ceau-РИТ- циклическое импульсное нагружение (удар-разгрузка) радиальным давлением р„ш, действующим изнутри скважины на окружающий грунт. С ростом числа ЭВ грунт уплотняется.
Теоретически, должно наблюдаться изменение (накопление) остаточных радиальных напряжений, обжимающих ствол сваи-РИТ. То есть, в результате РИО могут возникнуть радиальные напряжения, превышающие природные а0 (см. рис. 2.2.1 левая часть), и даже создаться условие, когда зг = ох = ау а1 = а,, при таком условии коэффициент бокового давления 1. Как следствие, может произойти поворот главных осей эллипсоида напряжений. . Сложность контроля установки датчиков в скважинах почти исключает возможность их применения для регистрации процессов, происходящих в массивах. Поэтому часто НДС окружающего грунта оценивается на основе тех или иных теоретических представлений [10], основанных преимущественно на положениях теории упругости [7]. Сходство ЭВ с циклическим и взрывным воздействием значительно усложняет аналитический прогноз изменения НДС грунта, окружающего сваю-РИТ. Динамика ЭВ требует введения (в уравнения состояния) временного параметра - скорости нагружения, а цикличность нагружения, требует учета постепенного перехода грунта в упруго-уплотненное состояние (рис. 2.2.2). Решение задачи путем поочередного использования модулей нагрузки, разгрузки, повторного нагружения и т.д. (полагая, что модули деформации при нагрузке и разгрузке на начальном этапе существенно разные Е0 «; Ее, а при достаточно большом количестве циклов модуль нагрузки стремится к значению модуля разгрузки, то есть при Л — , Е0= Ее) ведет к накоплению ошибки.
Исследование уплотнения грунтов в результате их разрядно-импульсной обработки под существующими фундаментами сооружений
Задача настоящих исследований заключалась в контроле за изменением состояния грунтов под существующими фундаментами сооружений в процессе их укрепления по РИТ. Для этого была произведена оценка свойств грунтов до и после их укрепления, согласно ГОСТ 19912-2001.
Изучение разреза грунтов и определение их свойств выполнялось методом электроконтактного динамического зондирования (ДЗ), сочетающего в себе ДЗ и токовый каротаж, что повышает надежность и достоверность результатов. Расчет физико-механических характеристик грунтов производился по данным ДЗ. При этом контролировалось и учитывалось в расчетах боковое трение штанг о грунт, что позволило провести количественную оценку свойств грунтов. Определялись: Е0; консистенция пылевато-глинистых грунтов IL ; угол внутреннего трения - (р, коэффициент пористости -ем степень уплотнения грунта - pd.
Уплотнение грунта ЭВ-вами, выполнялось через систему скважин диаметром 75мм, глубиной 3-5м по периметру фундаментов, пробуренных с шагом 1,1м. ДЗ выполнялось до и после укрепления грунтов. Возле исследуемых скважин определялось по три парных точки зондирования на расстояниях соответственно 30,50 и 70см от центра свай (рис. 3.2.1).
Результаты в каждой точке зондирования были представлены на специальных бланках в виде геологических колонок с описанием грунтов и их характеристик, графиков условного динамического сопротивления р$ и величины силы тока /.
На объекте ж/д платформа "Серп и молот" до глубины 1,8м разрез был представлен насыпными грунтами, отличающимися низкими значениями динамического сопротивления рд и модуля деформации Е0. Ниже, до глубины 3,2-3,3м залегали пластичные, опесчаненные супеси, характеризующиеся более высокими показателями рд и Е0. Супеси подстилались песками средней крупности, средней плотности.
Для решения задачи стоящей на данном объекте, было проведено сравнение результатов измерений в естественном и в уплотненном состоянии. Для этого результаты измерений были сведены вместе и для каждой глубины рассчитаны средние значения рдср и 1ср. При этом аномальные значения в расчет не принимались с целью устранения случайных эффектов (например, влияния включений, искажающих характер кривых рд). Полученные осредненные фоновые кривые, сопоставлялись с данными этапов уплотнения.
В результате РИО наблюдалось локальное уплотнение грунтов участка вблизи свай на глубинах 1,5-2,Ом, где рд увеличилось примерно в 6 раз (см. прилож. 1 рис. 9), модуль деформации Е0 с приближением к сваям в среднем возрастал в 1,1...1,2 раза. Показательным является графическое сравнение плотности скелета грунта pd на начальном этапе и после 1-го и 2-го циклов РИО (рис. 3.2.2).
На объекте ул. Земляной вал д. 6/2, с глубины 1,0м до глубины 1,8м...2,6м залегали суглинки, в естественном состоянии (до укрепления) мягкопластичные, отличающиеся низкими значениями динамического сопротивления рд и модуля деформации Е0. Ниже - пески мелкие, рыхлые в естественном состоянии. После укрепления суглинки из мягкопластичных перешли в тугопластичные, пески частично перешли из рыхлых в состояние средней плотности. Из рассмотрения графиков, приведенных в прилож. 1 рис. 10, видно, что в результате РИО, наблюдалось ощутимое уплотнение грунтов. В верхнем слое (до глубины 1,8м...2,6м), где непосредственно производились импульсные разряды, уплотнение грунтов составило для рд - 2 раза. В нижнем слое в одном случае отмечено уплотнение грунтов, для рд примерно 2...2,6 раза, в другом - заметного уплотнения не наблюдалось. Мероприятия по укреплению грунтов под фундаментами сооружений, выполненные по РИТ на исследуемых объектах показали довольно ощутимое уплотнение окружающего массива грунта. Но в данных исследованиях также не проводилось измерение НДС грунтов, и отсутствовало определение закономерности уплотнения грунта связанного с РИО.
Анализ результатов экспериментальных исследований влияния разрядно-импульсной обработки на изменение НДС маловлажного песчаного грунта вокруг свай-РИТ
В опыте №1 (см. табл. 4.1.2) в рыхлом песке средней крупности при воздействии разрядов с запасаемой электрической энергией (\Уо=3,6кДж) не наблюдалось заметных перемещений грунта, а радиус КУ сваи (RUSh) в зоне РИО увеличился на 1,5...2,0см - рис. 4.1.8а). После 90 ЭВ, ощутимого уплотнения песка объективно не установлено. В опыте №2, в песке рыхлом средней крупности, при увеличении запасаемой энергии до №о=21,7кДж произошло резкое увеличение необратимых деформаций песка и радиуса КУ (/?,„/,) от каждого ЭВ. Зона пластических деформаций стала значительно шире, чем в опыте №1. Уширение ствола сваи представлено на рис. 4.1.86 (для сравнения см. рис. 4.1.7). Количество ЭВ - 90. Согласно плану эксперимента, в опыте №3 (при \У0=10,8кДж), характеристики грунта не изменяли. Число ЭВ - 90. Темп приращений снизился, зафиксированные остаточные деформации были на 20-25% меньше, чем во 2-м опыте.
Обобщенные результаты по трем опытам представлены на рис. 4.2.1, где каждому эксперименту соответствует отдельная точка, отражающая полученный радиус КУ сваи после воздействия 90 ЭВ-вов. Наличие начального участка с небольшим Rush в результате воздействия разрядов на маловлажные пески подтверждает данные [21], полученные для водонасыщенных песков, о существовании порога минимальной энергии W0kr ЭВ-ного уплотнения грунта. В наших исследованиях порог ЭВ уплотнения находился на рубеже 3,0...3,5кДж. ; С повышением энергии ЭВ, вплоть до определенного значения, назовем ее оптимальной, процессы уплотнения и роста уширения сваи (накопления приращений деформаций) происходят с наибольшей интенсивностью. Для условий наших опытов, при 0 скважины 110мм, \ор1=10,8кДж. Однако, начиная со значения оптимальной энергии, увеличение степени уплотнения песка происходит значительно медленнее, кривая меняет свой характер, становясь более пологой. В одинаковых грунтовых условиях, для каждой интенсивности воздействия Wo, при соответствующем количестве импульсов N, в грунте достигается свое, вполне определенное для данных условий, КУ сваи-РИТ. После чего, для возможности дальнейшего эффективного воздействия на грунт, необходимо увеличить энергию не менее чем в два раза. В ходе исследования было уделено внимание вопросу выявления частоты осуществления ЭВ-вов на уплотнение песка. Исследованиями [169] песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии установлено, что частота нагружения не оказывает существенного влияния на его деформируемость.
Данный вывод учитывался при проведении лотковых экспериментов, так как влажность экспериментальных песков была близка к влажности воздушно-сухого состояния. Частота ЭВ составляла 0,1-0,2Гц, так что между ЭВ грунт успевал консолидироваться [145]. В одном из опытов, при влажности песка w-4-6%, осуществили попытку воздействия на грунт сериями по пять ЭВ, с частотой f=l,5...2Гц, что стало возможным при использовании трехфазного ГИТ и понижения накапливаемой энергии до 10,7кДж. Сумма перемещений частиц грунта за 5 ЭВ с /=2Гц оказалась чуть меньшей, чем от пяти одиночных ЭВ, а датчики напряжений показали дополнительное повышение давления в грунте. Видимо, порог РИО для уплотнения грунта в этом случае будет иметь другое значение, и снижается решающее влияние возбужденного состояния песчаного грунта, достигнутое предыдущим ЭВ. В проводимых автором опытах наблюдалось расстояние от центра ЭВ до точек грунта, где остаточные деформации не фиксировались, значит, ,; дальше преобладали упругие деформации. Зафиксированное расстояние можно считать границей зон упругой и упруго-пластической деформаций. В зависимости от энергии и числа ЭВ, начальной плотности и крупности песка, граница упруго-пластической зоны в абсолютных значениях находилась на разном удалении от центра, что осложняло сравнение результатов. По мере увеличения числа ЭВ, перемещение грунта и остаточные деформации фиксировались все более удаленными от центра ЭВ датчиками. Так, например, (см. прилож. 1 табл. 3) датчик №5 начал давать показания на 4-м ЭВ, а датчик №6 - на 6-м. Полученные результаты практически невозможно было сопоставить для дальнейшего анализа. В качестве универсальной единицы измерения было предложено использовать радиус условно образуемой на данный момент КП, то есть радиус УКП (RlutpN), который в результате каждого /-го ЭВ увеличивается на величину А, монотонно уменьшающуюся с каждым ЭВ, вследствие чего учитывается рост соответствующих ей ЗУ, деформаций и зоны изменения напряжений в окружающем сваю-РИТ грунте. Регистрация перемещений штоков датчиков -5 (см. рис. 4.1.5), установленных на различном расстоянии от центра ЭВ, и наблюдения за понижением уровня бетонной смеси в обсадной трубе Д/Ї (прилож:. 1 табл. 3), позволили установить картину накопления пластических деформаций в маловлажном песке с ростом числа произведенных ЭВ. На рис. 4.2.2 и рис. 4.2.3 приведены графики накопления радиальных перемещений стенки скважины (кривая Rush) и разноудаленных точек массива в опыте №5, выраженные в абсолютных значениях (лш) и в относительных единицах - в радиусах УКП после осуществления N ЭВ начиная с первого Rukp . На графиках, абсолютное перемещение AR " = г" - r0, где соответственно 7"о и rl "N - начальное положение .точки (до РИО) и после N ЭВ, осуществленных на данный момент. При анализе рис. 4.2.2а и б просматривается аналогия поведения грунта при увеличении числа ЭВ. Из графиков следует, что характер развития деформаций стенки скважины (то есть рост КУ) и перемещений разноудаленных точек - идентичен, подобие кривых сохраняется.
