Введение к работе
Актуалыюоть работы. Один из резервов увеличения эффективности строительства - снижение затрат на проведение изысканий с одновременным повышением достоверности данных, получаемых при применении новых прогрессивных технологий, методов и средств,позволяющих моделировать работу сооружений в реальной геологичео -кой среде.
В связи с широким размахом строительства в условиях отес -ненной городокой заотройки, а также при. реконструкции предприя -ткй перспективным направлением фундирования является метод вдавливания свай. Он позволяет применять железобетонные забивные сваи, исклшащие вредные динамические воздействия на окружавшую среду, уменьшавдие загазованность и шум, улучшая условия труда рабочих. Создание мобильных высокопроизводительных оваевдавливанцих установок с облегченным собственным весом является перспективным направлением, поскольку существующие сваевдавливавдие устройства громоздки, малопроизводительны, не нашли поэтому широкого внэд -рения.
Получение необходимых вдавливающих усилий возможно при применении нового вида анкерного устройства - вакуумного. В основе его - использование возникающих пригружащих усилий за счет атмосферного давления при ооздании разрежений в камере анкера. При этом, имея небольшой собственный вес и линейные размеры, вакуумный анкер воспринимает значительные отрыващие усилия.
Применение вакуумного анкерного устройства при инженерно-геологических изысканиях позволит проводить отатичеокие испытания забивных свай натурных размеров, тлеть надежное анкерное устройство для статического зондирования грунтов. Используя специфическую конструктивную форму анкера, возможно моделировать влажностнув обстановку грунтов при их фильтрационном опробовании.
В оонозе диссертационной работы - гипотеза о возможности получения пониженных давлений относительно атмосферного при откачивании воздуха высокопроизводительными вакуумными насосами типа НВЗ - 180, фильтрущегося из атмосферы через грунт к камере анкера [2J . Величины притоков воздуха определятся линейными в плане размерами анкера, фильтрационными характеристиками грунтов и степенью разрежения в его камере. Как известно, фазо-
вая воздухопроницаемость грунтовой толщи определяется как ее пористой и структурной характеристиками, так и характером ее естественной и искусственной увлажненности. 3 то же время за счет градиентов давлений фильтрующегося воздуха возникает движение влаги, находящейся в насыщенном и ненасыщенном состоянии в грунтах зоны аэрации. Движение влаги при вакуумировэнии грунтов имеет сложный характер, и, в свою очередь, оказывает влияние на воздухопроницаемость грунта. Таким образом, сложные процессы совместного воздухо-и влагопереноса во многом определяют режимы устойчивой работы вакуумного анкера. Эти процессы в грунтовой среде также зависят от инженерно-геологических условий строительных -площадок, где применяется вакуумирование грунтов для водопони -женкя, а такте при работе вакуумного анкера. При этом методика определения и расчета оптимальных конструктивно-технологических параметров вакуумных анкерных устройств на данное время полнос-' тью отсутствует. А методика определения фазовых коэффициентов воздухо-и влагопереноса при вакуумировании грунтов, находящихся каю в двух, так к в трехфазном состоянии, также недостаточно изучена.- Вопрос о совместном движении разреженного воздуха и влаги и его роль в зеютномерностях работы вакуумного анкера требует всесторонних исследований.
Цель работы - изучение механизма совместного воздухе- и влагопереноса в трехфазной грунтовой среде. Определение воднофи-зических характеристик дисперсных грунтов и выявление характера 'влияния их физических свойств на эти характеристики, а также на 1 _воздухопроницаемость грунтов. Разработка методики проектирования "нового вида анкерного устройства, позволяющего воспринимать реактивные усилия прп вдавливании свай и тому подобных элементов, а также технологии его эксплуатации в различных, характерных для ' .Киева' инженерно-геологических условиях строительных площадок. .' Цель достигнута решением следующих задач:
Ї. Установлены необходимые свойства зоны аэрации и пути их фильтрационного изучения в зависимости от конкретных условий работы к области-применения вакуумного-анкера.
-
Выявлены н изучены основные факторы, влияющие на изменчивость воздухо- и влагопереноса и фазовые характеристики проницаемости для песчано-глинистых грунтов зоны аэрации.
-
Теоретически и экспериментально обосновывается работоспособ -ность вакуумного анкера в различных инженерно-геологических ус-
ловиях строительных площадок г.Киева, получены основные расче*^
ные схемы и зависимости, описывающие его работу. . '
-
Изучена в полевых условиях картина фильтрации разреженного , воздуха; уточнена расчетная схема и определены эмпирические коэффициенты фазовых проницаемоетей различных грунтов. . \
-
Исследованы условия получения анкерущего эффекта.'Выявлены основные особенности совместной работы вакуумного анкера и свае-вдавлгааюиего агрегата. Определены критерии согласования анке -рующей способности вакуумного анкера с требуемыми усилиями-вдавливания для типовых инженерно-геологических условий строительных площадок г.Киева. ' -
Научная новизна работы. Экспериментально исследована схема
фильтрации разреженного воздуха в грунтах. Выявлена зависимость
фазовой воздухо- и влагопроницаемости от структурно-физических.
свойств грунтов, определены фазовые коэффициенты проницаемости
различных грунтов. Предложены методики физического -и. математа -
ческого моделирования на аналогових машинах совместного воздухо-
и влагопереноса, возникающего при поверхностном вакуумзгрэваяяи '
грунтов'и работе вакуумного анкера. ' . '
Применение вакуумных устройств в установках для вдавливания и
испытания статической нагрузкой железобетонных свай, штампов, и
подобных элементов. ''..
На запиту выносятся: "..''.
модель совместного воздухо- и влагопереноса в грунтах зоны
аэрации при работе вакуумного анкера и методика определения га
зовых проницаемостей грунтов; '.'.'.'.
методика моделирования на физической и математической моделях процесса совместного воздухо-и влагопереноса, возникающего при вакуумировании грунтов и работе вакуумного анкера; . ".
аналитическая модель осеетаметричной фильтрации разреженного воздуха в камеру вакуумного анкера', основанная'на методе фрагментов Павловского с учетом наличия двойных стенок камеры анкера;
для различных инженерно-геологических условий строительных
площадок определение оптимальных вариантов конструктивно-техноло
гических решеняй анкерных устройств по критерию 'минимума притокрв_
воздуха в камеру анкера; '.''
методика полевых исследований режимов.работы'вакуумных анкерных устройств в различных грунтовых, условиях зоны ^аэрации.-
Практическое значение работы - использование методики расчета процеаса фильтрации разреженного воздуха в грунтах зоны аэрации, а также совместной фильтрации воздуха и влаги при обосновании и проектировании режимов эксплуатации нового вакуумного анкерного устройства. На основе выданных рекомендаций по расчету работы и конструированию вакуумных анкеров изготовлены их опытные образцы, используемые в строительстве.
Реализация работы. Внедрение результатов исследований произведено при использовании вакуумгого анкера и методики расчета совместного Еоздухо-и влагопереноса в различных инженерно-геологических условиях строительных площадок. Получено снижение сметной отоимосйг строительства на оумму 187 тыс.руб. при погружении вдавливанием 291 м3 свай, осуществленном на двух площадках строительства жилых и общественных зданий.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и приведенных исследований докладывались на заседаниях Ученого оовета НИИСП Госстроя УССР, на семинарах и заседаниях кафедры гидрогеологии и инженерной геологии Киевского государственного университета юл.Т.Г.Шевченко, лабораторных советах и семинарах отдела инженерной гидрогеологии ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР, в отделе изысканий института Гидропроект им.С.Я.Жука, лабораторном совете отдела техногенной гидрогеологии Института Геологических наук АН УССР, на совместном расширенном заседании отделов гидрогеологических и инженерно-геологических исследований ПНИИИС Госстроя РСФСР в I984-1988гг.
Дублинацшт. Основные положения диссертации отражены-в восьми печатных работах. Получено положительное решение ВНИИГПЭ при ГКНТ СССР по заявке на авторское свидетельство, в основу которого положены настоящие исследования. Издан информационный листок ВДНХ СССР "Оборудование и технология погружения свай вдавливанием" о применении вакуумного анкера.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, изложена на 150 страницах, сопровождается рисунками и таблицами, приведены список литературы из 172 наименований и 2 приложения.
АЕтор глубоко признателен научному руководителю и консультантам за всестороннюю помощь и содействие при написании работы и постановке экспериментальных исследований. В процессе работы над диссертацией автором подучено много ценных советов от докто-
pa геолого-минерал. наук А. Б. Ситникова и мл.научн.сотрудника . А.С.Скальского (ИГН АН УССР), сотрудников кафедры гидрогеологии и, инженерной геологии Киевского гъоуавдерситета. Большая помощь . в подготовке я осуществлении экспериментальных исследований"оказана сотрудниками НИИ строительного производства Госотроя УССР, которым автор выражает большую благодарность.
