ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ ПУТЕМ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЯ ПОД ЗДАНИЯМИ

ENSURING THE SAFE OPERATION OF CONSTRUCTION FACILITIES BY PREVENTING DEFORMATION OF THE FOUNDATION UNDER BUILDINGS

Anastasia Pisarenko

candidate of technical sciences, associate professor of the department "Technospheric Safety" State Educational Institution of Higher Professional Education "Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture",

DPR, Makeevka

Lyubov Levchenko

senior lecturer of the department "Technospheric Safety" State Educational Institution of Higher Professional Education "Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture",

DPR, Makeevka

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена обеспечению безопасности при опасных природных процессах и явлениях и (или) техногенных воздействиях. В статье показаны воздействия на строительные сооружения аномальных климатических явлений. Описаны основные способы закрепления слабых грунтов. Показана эффективность закрепления силикатным раствором и негативное влияние тиксотропного эффекта на эксплуатационную надежность зданий и сооружений Приведены основные результаты проведенных исследований по закреплению слабого грунта.

Ключевые слова: строительные сооружения; обеспечение безопасности; ттиксотропный эффект; коррозионная активность; длительность эксплуатации.

В современных условиях происходит увеличение количества и длительности аномальных климатических явлений, которое вызвало катастрофическое усиление последствий в результате развития во многих грунтах тиксотропных явлений. В работе рассматриваются основные положения по обеспечению безопасности при опасных природных процессах и явлениях и (или) техногенных воздействиях, согласно 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений", Глава 2, Ст. 9. Пагубные последствия их проявления усиливаются в результате развития во многих грунтах тиксотропных явлений, при которых резко изменяются структурно-текстурные свойства грунтов и их способность противостоять внешним воздействиям. При этом изменяются прочностные характеристики оснований сооружений, что приводит к их деформациям и разрушениям. В последнюю четверть прошлого века они стали причиной массового разрушения жилья, социальных объектов и инженерных коммуникаций городов Центрального Донбасса [1].

Толщина лёссовых грунтов составляет от 3 до 35 м, а просадочность при давлении 0,3 МПа составляет от 0,01 до 0,15 м. В пределах Украины макропористые лёссовые грунты подстилаются глинистыми практически водонепроницаемыми грунтами, поэтому образование водоносного слоя практически неизбежно. При малой остаточной влажности лёсс практически прочен, но с увеличением влажности лёсс склонен к просадкам. Все вышеперечисленные факторы приводят к снижению эксплуатационной надежности зданий и сооружений. Деформация основания сооружения зависит от нагрузки «Р» на основание, а работа деформации определяется как А = Р∙ΔL путем интегрирования бесконечно малой величины работы при бесконечно малом нарастании сдвига dL с деформацией основания

                                                                                  (1)

Таким образом, работа деформации пропорциональна произведению квадрата сдвиговой деформации на величину напряжения сдвига и обратно пропорциональна модулю упругости «Е».

Применение химических способов улучшения строительных свойств грунтов показало их эффективность при реконструкции зданий либо усилении фундаментов существующих сооружений. Это в значительной степени объясняется тем, что дает возможность проводить работы без прекращения эксплуатации здания. Следует отметить, что силикатизация может обеспечить положительный эффект только после активации жидкого стекла и получения геля кремниевой кислоты. Этот процесс может быть реализован за счет реакции жидкого стекла с гидрокарбонатной щелочностью воды. При отсутствии последней положительный эффект будет отсутствовать или будет минимальный.

Учитывая широкое применение жидкого стекла для закрепления грунтов, существенный интерес представляет определение влияния модуля жидкого стекла и степени разбавления (по приросту плотности над плотностью растворителя) на вязкость раствора. Значение плотности растворов жидкого стекла и их вязкости определяют традиционным методом.

Как видно из представленных на рисунке 1 данных, прирост вязкости над вязкостью растворителя от разности плотности растворов жидкого стекла и плотности растворителя для разных значений модуля хорошо описываются экспоненциальными зависимостями [2]. Наибольшее теоретическое и практическое значение имеет седиментационная устойчивость, которая характеризует способность системы к равномерному распределению частиц по всему ее объёму. Коллоидные системы, особенно лиозоли, имеющие частицы малого размера, обладают достаточно высокой седиментационной устойчивостью [3]. Обращает на себя внимание то, что при меньших значениях модуля жидкого стекла влияние прироста разности плотности раствора и растворителя на увеличение прироста вязкости существенно больше, чем при использовании жидкого стекла с повышенными значениями модуля. Это можно объяснить увеличением соотношения (ĥ²)^3/2/M за счет уменьшения молярной массы полимера для малых значений модуля жидкого стекла.

Рисунок 1. Зависимость прироста вязкости растворов жидкого стекла от разности его плотности и плотности растворителя (воды)

Эффективность использования закрепления грунта обычно проверяют пенетрометром – коническим грузом, погружаемым на определенную глубину под действием собственного веса. Однако этот процесс происходит с статических условиях. На практике при обводнении почвы процесс изменения физико-химических характеристик грунта происходит в динамических условиях, при этом возникает тиксотропный эффект.

Нами разработана установка, позволяющая оценить изменение тиксотропных характеристик грунта в зависимости от его типа, нагрузки и характеристик закрепляющего раствора [4]. На опытном образце установки проведены эксперименты по определению сдвиговой деформации при закреплении обводненного грунта растворами кремниевой кислоты, а также растворами кремниевой кислоты с добавлением анионоактивного полиакриламида Ecofloc.

Заключение. Возможность регулировать время гелеобразования закрепляющих растворов позволит достигнуть необходимые заданные структурно-механические свойства грунтового массива. Раствор активной кремниевой кислоты с полиакриламидом наиболее эффективен с массовой долей 2% SiО₂ и может применяться для обеспечения эксплуатационной надежности и повышения несущей способности оснований. При увеличении в растворе массовой доли полиакриламида в грунте эффект Томса на грани сред способствует отводу грунтовых вод от закрепленного массива, что обеспечивает дополнительное усиление просадочного грунта.

Список литературы:

1. Мишурова Т. В. Закрепление песчаных оснований, загрязненных фосфорнокислыми промстоками, в условиях действующего производства: Дисс канд. техн. наук: 05.23.02. – Днепропетровск, 2001. – 171 с.
2. Писаренко, А. В. Метод химического закрепления просадочного грунта коллоидным раствором на основе золя кремниевой кислоты с добавлением полиакриламида [Электронный ресурс] / А. В. Писаренко, В. В. Яркин, С. П. Высоцкий // Сборник материалов международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» г. Москва, 16–17 ноября 2016 г. / М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. Ун-т. – М.: Изд-во Моск. гос. строит. ун-та, 2017. – С. 282–286. – Режим доступа: http://mgsu.ru/resources/izdatelskaya&deyatelnost/izdaniya/izdaniya&otkr&dostupa/2017/integr_ptl.pdf. – ISBN 978&5&7264&1451&5.
3. Урьев, Н.Б. Структурированные дисперсные системы / Н.Б. Урьев // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – № 6. – С. 42 – 47.
4. Пат. № 114230 Украина МПК G01N 3/24. Установка для дослідження тиксотропних характеристик ґрунтів [Текст] / С. П. Высоцкий, А. В. Писаренко; заявитель и патентообладатель С. П. Высоцкий, А. В. Писаренко; заяв. 04.05.2016; опубл. 10.03.2017, Бюл. № 5. – 10 с.