ИССЛЕДОВАНИЕ  ЭФФЕКТА  ВИБРИРОВАНИЯ  ГРУНТОЦЕМЕНТА  НА  ОБРАЗЦАХ,  ОТОБРАННЫХ  ИЗ  ОПЫТНЫХ  СВАЙ

Нестеренко  Татьяна  Николаевна

аспирант,  Полтавский  национальный  технический  университет  имени  Юрия  Кондратюка,  г.  Полтава

E-mail: 

RESEARCH  EFFECT  OF  VIBRATION  ON  STANDARDS, SELECTED  FROM  THE  EXPERIENCED  SOILCEMENT  PILES

Tatiana  Nesterenko

Postgraduate  student  Poltava  National  Technical  Yuri  Kondratyuk  University

АННОТАЦИЯ

В  статье  представлены  результаты  сравнения  качества  уплотнения  грунтоцементных  свай  в  лабораторных  и  полевых  условиях  с  применением  эффекта  вибрирования.

ABSTRACT

In  the  article  the  results  comparison  quality  of  compression  of  soilcement  piles  are  pointed  in  laboratory  and  field  terms  with  the  use  effect  of  vibration.

Ключевые  слова:  грунтоцемент;  вибрирование;  прочность;  плотность  скелета  грунтоцемента.

Keywords:  soilcement;  vibrating;  strength;  frame  density  of  soilcement.

Целью  данной  работы  является  сравнение  качества  уплотнения  грунтоцементных  свай  в  лабораторных  и  полевых  условиях  с  применением  эффекта  вибрирования.

Метод.  Одним  из  эффективных  направлений  снижения  стоимости  фундаментостроения  есть  использование  залегающих  почв  в  основе  объектов  строительства,  как  материала  для  возведения  фундаментов.  Устраивание  грунтоцементных  свай  возможно  в  разнообразных  почвах,  как  в  илах  и  торфяниках,  так  и  в  «слабых»  скальных  породах,  независимо  от  их  химического  состава,  влажности,  растительных  остатков,  проницаемости  и  других  характеристик.  Грунтоцементные  сваи  достаточно  эффективны  при  укреплении  фундаментов  и  их  основ,  особенно  при  условиях  плотной  застройки.  Их  применяют  для  укрепления  слабых  почв  непосредственно  в  массиве  без  его  выемки,  для  предотвращения  обвалов  склонов,  а  также  для  увеличения  несущей  способности  свай  на  горизонтальную  и  вертикальную  нагрузку  [1,  2].

Грунтоцементные  сваи,  кроме  преимуществ,  имеют  и  недостатки,  такие  как  пористость  и  сравнительно  небольшую  прочность  материала.  Как  известно,  прочность  грунтоцемента  зависит  от  таких  факторов,  как  гранулометрический  и  минералогический  состав  почвы,  количество,  состав  и  активность  вяжущего,  формовочная  влажность  смеси,  степень  взрыхления  почвы  и  равномерность  перемешивания  компонентов,  режим,  условия,  срок  отвердения,  наличие  разнообразных  добавок  [3,  4].  Также  существенное  влияние  на  свойства  грунтоцемента  может  оказать  уплотнение  с  помощью  вибрационного  воздействия  [5]. 

Применение  вибрационного  метода  уплотнения  грунтоцемента  уменьшает  силы  внутреннего  трения  между  частицами  смеси  за  счет  энергии  колебаний.  Уплотняемая  смесь  приобретает  повышенную  подвижность  при  переходе  в  состояние  «тяжелой  жидкости»  и  уплотняется  за  счет  вытеснения  из  нее  воды  и  пузырьков  воздуха  [6,  7].  Уплотнение  грунтоцементных  свай  может  быть  осуществлено  глубинными  вибраторами  [8],  навесным  вибратором  [9],  предложенным  автором  этой  работы.

Результат.  Лабораторные  исследования  показали  эффективность  вибрирования  грунтоцементной  смеси,  изготовленной  на  основе  глинистой  почвы,  с  целью  повышения  прочности  грунтоцемента.  Опыты  показали,  что  вибрирование  грунтоцементной  смеси  практически  вдвое  увеличивает  прочность  грунтоцемента  при  90  сутках  его  твердения  во  влажных  условиях  [9].  Накопленный  опыт  также  показывает,  что  физико-химические  свойства  лессовых  и  лессовидных  суглинков,  а  именно,  незначительное  содержимое  глинистых  частиц,  щелочная  реакция  среды,  незначительное  количество  легкорастворимых  солей,  легкое  диспергирование  при  увлажнении  за  счет  водорастворимых  связей  между  частицами  способствуют  их  использованию  при  изготовлении  грунтоцемента.

Механические  свойства  грунтоцемента,  то  есть  призменная  прочность,  модуль  деформации  и  сопротивление  сдвигу  обеспечиваются  в  большей  степени  наличием  кристаллизационных  связей,  которые  возникли  как  новообразование  в  процессе  твердения  материала.  При  этом  на  скорость  твердения  материала  больше  всего  влияет  температура  среды.  На  величину  модуля  деформации  грунтоцемента  значительно  влияет  его  плотность.  Экспериментально  доказано,  что  при  одинаковой  призменной  прочности  модуль  деформации  больше  для  образцов  с  большей  плотностью.

В  процессе  изготовления  грунтоцементных  свай  из  жидкой  грунтоцементной  смеси  отбирали  образцы  в  кубические  формы  размером  10х10х10  см.  Также  образцы  отбирались  из  свай  после  проведения  вибрирования.  Для  сравнения  были  отобраны  образцы  смеси  из  свай  непосредственно  перед  вибрированием.  На  этом  этапе  определяли  влажность  и  плотность  смеси.  Результаты  соответствующих  опытов  приведены  в  табл.  1.

Таблица  1.

Результаты  испытаний  образцов  грунтоцемента  через  56  суток

Примечание:  ν*—  коэффициент  вариации  из  6  определений

Паралельно  исследовались  образцы,  отобранные  путем  распилки  грунтоцементных  свай,  которые  были  откопаны  через  2  месяца  после  изготовления  (рис.  1).  Результаты  исследований  представлены  в  табл.  2.

Таблица  2.

Результаты  испытаний  образцов  грунтоцемента  через  60  суток

Рисунок  1.  Образцы  грунтоцементных  свай  отобранные  путем  распиловки  откопанных  свай

Таблица  3.

Сравнение  методов  изготовления  грунтоцемента

В  табл.  3  представлены  осредненные  физико-механические  характеристики  грунтоцемента  образованного  из  лессовидных  почв  строительной  площадки  10-ти  этажного  жилого  дома  по  ул.  Казака,  14  в  г.  Полтаве  в  лабораторных  и  полевых  условиях  с  вибрированием  и  без  вибрирования  жидкой  грунтоцементной  смеси. 

Данные  расчета  статистических  показателей  по  трем  опытным  строительным  площадкам  представлены  в  табл.  4.

Таблица  4.

Результаты  статистических  расчетов  по  опытным  строительным  площадкам

Выводы:

1.      Анализ  приведенных  данных  позволяет  утверждать,  что:

·при  перемешивании  грунтоцементной  смеси  в  лабораторных  условиях  процесс  перемешивания  смеси  контролировался  визуально,  при  этом  не  допускалось  содержание  агрегатов  глинистых  частиц  крупнее  5  мм; 

·на  строительной  площадке  грунтоцемент  изготовлялся  по  буросмесительной  технологии  –  разрыхленная  буросмесителем  грунт  перемешивалась  с  цементной  суспензией  при  В/Ц  =  0,6.  Так  как  перемешивание  осуществлялось  четырьмя  проходами  буросмесителя  по  длине  ствола  сваи,  то  обеспечение  необходимого  качества  перемешивания  грунтоцементной  смеси  ненадежное;

·при  лабораторных  и  полевых  исследованиях  состав  грунтоцемента  был  приблизительно  одинаковым:  грунт  —  лессовидный  суглинок  с  числом  пластичности  І_р  =  14—15  %;  начальная  влажность  W  =  28—30  %;  содержание  цемента  20  %  от  веса  сухой  почвы;

·эффект  вибрирования  жидкой  грунтоцементной  смеси  на  лабораторном  стенде  и  с  помощью  глубинного  вибратора  в  полевых  условиях  проявляется  в  уменьшении  влажности  и  пористости  смеси,  увеличении  плотности  скелета  грунтоцемента;

·показатель  уплотнения  грунтоцементной  смеси  в  результате  вибрирования  ее  в  течение  180  с  в  лабораторных  условиях  изготовления  грунтоцемента  составляет  k_h  =  0,065  (k_h  =  Δh/h₀,  где  Δh  —  высота  оседания  сваи,  h₀  —  начальная  высота  сваи);  по  образцам  полученных  отбором  непосредственно  из  грунтоцементных  свай  —  k_h=  0,063—0,064;  что  свидетельствует  о  достаточной  эффективности  вибрирования  грунтоцементной  смеси; 

·при  виброуплотнении  грунтоцементной  смеси  увеличивается  прочность  изготовления  грунтоцемента  в  лабораторных  условиях  на  43  %;  по  образцам  отобранным  непосредственно  из  грунтоцементных  свай  —  21—37  %; 

·существенная  разница  прочности  грунтоцемента,  изготовленного  в  лабораторных  и  полевых  условиях,  объясняется  разной  однородностью  перемешивания  смеси.

2.  С  помощью  статистической  обработки  результатов  опытного  изготовления  грунтоцементных  свай  на  трех  опытных  площадках  установлены  объективные  значения  величин  показателя  уплотнения  грунтоцемента  в  результате  вибрирования. 

Список  литературы:

1.Виленкина  Н.М.  Цементогрунтовые  камни  /  Н.М.  Виленкина.  —  М.:  Гостсройиздат,  1961  —  86  с.

2.Гольдштейн  Б.Г.  Глубинные  вибраторы  для  уплотнения  бетона.  Конструкция,  теория  и  расчет.  /  Б.Г.  Гольдштейн,  Л.П.  Петрунькин.  —  М.:  Машиностроение,  1966.  —  172  с.

3.Зоценко  Н.Л.  К  оценке  механических  свойств  грунтоцемента  в  зависимости  от  содержания  его  составляющих  /  Н.Л.  Зоценко,  О.В.  Борт,  М.В.  Бидношия,  Р.В.  Петраш  //  Сборник  научн.  трудов  (отраслевое  машиностроение,  строительство).  —  Полтава:  ПолтНТУ,  2007.  —  Вып.  19.  —  С.  44—53.

4.Нестеренко  Т.Н.  Влияние  вибрирования  на  механические  характеристики  грунтоцемента  /  Т.Н.  Нестеренко  //  Строительные  конструкции,  межведомственный  научно-технический  сборник  науных  трудов  (строительство)  /  Государственное  предприятие  «Государственный  научно-исследовательский  институт  строительных  конструкций»  Министерства  регионального  развития,  строительства  и  жилищно-коммунального  хозяйства  Украины.  —  Вып.  75.  Кн.  2.  —  К.:  ГП  НИИСК,  2011.  С.  656—660.

5.Нестеренко  Т.Н.  Разработка  навесного  глубинного  вибратора  для  уплотнения  грунтоцементных  свай  /  Т.Н.  Нестеренко  //Сборник  научн.  трудов  (отраслевое  машиностроение,  строительство).  —  Полтава:  ПолтНТУ,  2012.  —  Вып.  1(31).  —  С.  257—262.

6.Савинова  О.А.  Теория  и  методы  вибрационного  формирования  железобетонных  изделий  /  О.А.  Савинова,  Е.В.  Лавринович.  —  Ленинград.:  Стройиздат,  1972.  —  С.  152.

7.Токин  А.Н.  Закрепление  грунтов  буросмесительным  способом  /  А.Н.  Токин,  А.Н.  Шапошников  //  Ускорение  научно-технического  прогресса  фундаментостроения:  новейшие  методы  исследования  строительных  свойств  грунтов,  прогрессивные  способы  возведения  фундаментов  и  устройства  оснований:  сб.  научн.  трудов.  —  М.:  Стройиздат,  1987.  —  С.  254—255. 

8.Токин  А.Н.  Фундаменты  из  цементогрунта  /  А.Н.  Токин.  —  М.:  Стройиздат,  1984.  —  184  с. 

9.A  laboratory  model  study  of  the  performance  of  vibrated  stone  columns  in  soft  clay  /  V.  Sivakumar,  D.  Glynn,  J.  Black,  J.  McNeill  //  Geotechnical  Engineering  in  Urban  Environments.  Proc.  of  the  14^th  European  Conf.  on  Soil  Mechanics  and  Geotechnical  Engineering  (Madrid,  24—27  September  2007).  —  Millpress  Science  Publishers  Rotterdam,  2007.  —  V.  III  —  P.  1545—1550.