Пряник Сергій Петрович. Удосконалення технології улаштування паль з розширеною п'ятою

Краткое описание

Пряник Сергій Петрович. Удосконалення технології улаштування паль з розширеною п'ятою: дисертація канд. техн. наук: 05.23.08 / Харківський держ. технічний ун-т будівництва та архітектури. - Х., 2003

Пряник С.П. Удосконалення технології улаштування паль з розширеною п'ятою. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 - технологія та організація промислового та цивільного будівництва. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, м. Харків, 2003, Міністерство освіти і науки України.
Дисертація присвячена удосконаленню технології улаштування паль невеликого поперечного перетину з розширеною променевою п’ятою. В відомій технології буронабивних паль з променевою п’ятою грунт внизу свердловини ущільнюється тільки в районі променевого розширення, залишаючи неущільненим (або недостатньо ущільненим) місце безпосередньо під свердловиною. Це суттєво знижує несучу здатність буронабивних паль.
Розроблена технологія забивних трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою, в якій усуваються недоліки, які присутні буронабивним палям з променевою п’ятою. При улаштуванні трубчастих паль не відбувається виймання грунту. Тому грунт під п’ятою палі ущільнений, що значно підвищує їх несучу здатність.
Реальність та доцільність конструктивно-технологічних рішень трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою підтверджені теоретичними і полігонними дослідженнями. Розроблено розширювач, силове та вимірювальне обладнання якого розташоване назовні та лопаті мають зі зовнішнього боку арочну поверхню по їх ширині.
Розроблені технологічні схеми і правила улаштування трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою, підібрано комплекти обладнання і пристосувань.
Розроблені нові конструктивно-технологічні рішення розширювача, які забезпечують утворювання більш довгих променевих розширень, що також підвищує несучу здатність досліджуємих паль. В даних рішеннях уперше застосовані двоклинові та одноклинові конструкції розширювача, які в результаті багаторазових поворотів розширювача навколо його вертикальної осі виконують найбільш глибокі витиснення грунту по всьому периметру основи свердловини.
Запропоновано також конструктивно-технологічне рішення розширювача свердловин під буронабивні палі, яке дозволяє робити променеве розширення, збирати грунт, що осипався і ущільнювати дно свердловини. При цьому остання операція здійснюється не за рахунок забивки, а за допомогою механічного витиснення спеціальним штампом зі зусиллям, що виникає від гідродомкрату за рахунок самовідштовхування системи конструкції розширювача від верхніх поверхонь виконаних порожнин в грунті у основи свердловини. Це додатково підтверджує перспективність паль з променевим розширенням п’яти.
Розроблений математичний апарат, який описує процеси в грунтах і палях з розширеною променевою п’ятою. Досліджена геометрична форма розширеної п’яти, яка залежить від технологій її створення. Отримані формули для обчислення об’єму грунту, який витискується лопатями розширювача. Складені математичні залежності для швидкостей та прискорень, які набувають клини розширювача при русі у грунті. Досліджені дотичні та нормальні напруження, що виникають при цьому на лопатях розширювача. На основі умови раціонального використання матеріалу стовбура палі, а саме рівності несучої здатності палі по матеріалу стовбура несучій здатності по грунту одержані рекомендації по розмірам лопатей розширювача.
Розроблений та апробований засіб визначення несучої здатності трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою. Спосіб базується на зв’язку між роботою розширювача і опором грунту, а саме в фіксуванні критичних і граничних напружень. Застосування цього способу в практиці фундаментобудування дозволяє уникнути трудомістких статичних випробувань даних паль.
Впровадження у виробництво розроблених технологічних схем та технічних рішень улаштування паль з променевим розширенням п’яти дозволяє створювати економічні та надійні фундаменти в зв’язних грунтах.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення конкретної науково-практичної задачі, що виявляється в розробці раціональних конструктивно-технологічних рішень по улаштуванню пальових фундаментів з розширеною променевою п’ятою з контролем їх несучої здатності для малоповерхових цивільно-житлових та промислових будівель і споруд.
1. Систематизовані та проаналізовані відомі способи отримання розширених п’ят паль з позиції найбільшого розповсюдження, це: 1) метод втрамбовування жорсткого матеріалу; 2) метод розбурювання; 3) метод камуфлетування (тобто за допомогою вибуху); 4) метод розкатування; 5) метод забивки одноразових пристосувань, які залишаються у ґрунті; 6) метод витиснення ґрунту за допомогою спеціального обладнання.
Однією з найважливіших технологічних цілей, яку ставлять перед собою дослідники питання улаштування паль з розширеною п’ятою є виготовлення як можливо більшої опорної площі розширення. Іншою важливою задачею є економія бетону, який витрачається на розширену п’яту, що досягається зміненням геометричної форми розширення у таку сторону необхідності максимізації співвідношення площі горизонтальної проекції розширення до площ його вертикальних проекцій. Обидві вищезгадані задачі в сукупності найбільш вдало вирішуються в методі витиснення грунту за допомогою спеціального обладнання, а саме в способі улаштування буронабивних паль з променевою п’ятою, який є перспективним напрямком у фундаментобудуванні на зв’язних грунтах. Проте у відомій технології улаштування цих паль грунт внизу свердловини ущільнюється тільки в зоні променевих розширень, залишаючи не ущільненим (або недостатньо ущільненим) місце безпосередньо під свердловиною. Це суттєво знижує несучу здатність цих паль. До того ж способи по контролю несучої здатності будь яких розширених п’ят паль ще в момент їх улаштування не розроблені.
2. Розроблений математичний апарат, що описує процеси в грунтах і палях з розширеною променевою п’ятою. Досліджена геометрична форма розширеної п’яти, яка залежить від технології її створення. Отримані формули для обчислення об’єму грунту, який витискується лопатями розширювача. Складені математичні залежності для швидкостей та прискорень, які набувають клини розширювача при русі у грунті. Досліджені дотичні та нормальні напруження, що впливають при цьому на технологію руху розширювача.
3. Розроблена технологія улаштування забивних трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою, в якій усуваються недоліки, які присутні буронабивним палям з променевою п’ятою. При улаштуванні трубчастих паль не відбувається виймання грунту. Тому грунт під п’ятою палі ущільнений, що значно підвищує їх несучу здатність.
4. Реальність та доцільність конструктивно-технологічних рішень трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою підтверджені теоретичними і полігонними дослідженнями та малими результатами розбіжностей між ними. Розроблено розширювач, силове та вимірювальне обладнання якого розташоване назовні та лопаті мають зі зовнішнього боку арочну поверхню по їх ширині.
Розроблені технологічні схеми і правила улаштування трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою, виконаною нижче стовбура а також з вікнами і закритим нижнім кінцем, підібрано комплекти палебійного обладнання, розширювача і пристосувань.
5. Розроблений та апробований спосіб подвійного динамічного контролю несучої здатності цих паль. Перша складова способу така сама, як і в звичайних забивних палях (по відмові). Друга складова базується на зв’язку між роботою розширювача та опором грунту, а саме в фіксуванні критичних та граничних напружень. Застосування даного способу в практиці фундаментобудування дозволяє отримувати дані про несучу здатність кожної без винятку палі та відповідно уникнути трудомістких статичних випробувань даних паль.
6. Статичними випробуваннями підтверджена відносно висока несуча здатність трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою, яка в 2.5 3.5 разів більше у порівнянні з трубчастими палями такого ж діаметра без розширеної п’яти. Проведений порівняльний аналіз зі звичайними забивними палями показав також наступне. Застосування при забивці трубчастих паль з металевим сердечником замість суцільних залізобетонних паль дозволяє окрім забезпечення улаштування розширеної п’яти також економити арматурну сталь, яка міститься в звичайній забивній палі. За рахунок вказаних факторів вартість фундаментів при переході від традиційних технологій до трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою зменшується, а надійність збільшується. Тому розроблені технології можуть бути рекомендовані для широкого впровадження в практику фундаментобудування. Раціональною областю застосування є зв’язні глинисті грунти твердої, полутвердої та тугопластичної консистенції.
7. Розроблен метод проектування фундаментів на трубчастих палях з розширеною променевою п’ятою з урахуванням технологічних властивостей їх застосування. На основі умови раціонального використання матеріалу стовбура палі, а саме: рівності несучої здатності палі по матеріалу стовбура несучій здатності по грунту отримані рекомендації по розмірам лопатей розширювача.
8. Розроблена методика визначення витрат енергетичних ресурсів на улаштування трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою, яка відрізняється тим, що підрахування енерговитрат виконується з урахуванням витрат на виготовлення будівельних матеріалів, конструкцій фундаментів, транспортні роботи а також особливості виконання будівельних робіт. В результаті впровадження трубчастих паль з розширеною променевою п’ятою замість трубчастих паль без розширеної п’яти при будівництві житлового будинку за умовою рівного розрахункового навантаження на палі економія склала: азбестоцементних труб 41%, бетону класу В 15 37 %, енергоресурсів 32 %, при цьому питома несуча здатність фундаменту збільшилася на 46 %.
9. Розроблені нові конструктивно-технологічні рішення розширювача, що забезпечують утворення більш довгих променевих розширень, що також підвищує несучу здатність досліджуємих паль. В даних рішеннях уперше застосовані двоклинові та одноклинові конструкції розширювача, які в результаті багаторазових поворотів розширювача навколо його вертикальної осі виконують найбільш глибокі витиснення грунту по всьому периметру основи свердловини. Пропоновано також конструктивно-технологічне рішення улаштування розширювача свердловин під буронабивні палі, що дозволяє виконувати променеві розширення, збирати грунт та ущільнювати дно свердловини. При цьому остання операція здійснюється не за рахунок забивки, а за допомогою механічного витиснення грунту спеціальним штампом з зусиллям, яке виникає від гідродомкрата за рахунок самовідштовхування системи конструкції розширювача від верхніх поверхонь виконаних порожнин у грунті в основі свердловини.