СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ГРУНТОЦЕМЕНТНОЙ СВАИ Российский патент 2015 года по МПК E02D5/46 

Изобретение относится к строительству, а именно к способам контроля прочности грунтоцемента при закреплении грунтов методом струйной геотехнологии jet-1.

Известен способ оценки прочности грунтоцемента в jet-сваях, включающий бурение контрольных скважин с отбором кернов из тела сваи в центре и на периферии, испытание кернов в лаборатории на прочность при одноосном сжатии не ранее чем через 28 суток после изготовления jet-сваи, а также определение несущей способности сваи вдавливающей статической нагрузкой и лабораторные исследования проб грунтов на закрепляемость (см. Земляные сооружения, основания и фундаменты, Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87, СП 45.13330.2012, М. Минрегион России, 2011, с.80-88).

Недостатком известного способа является высокая трудоемкость и затратность процессов, а также длительный период выдержки для твердения грунтоцемента, перед испытанием на прочность.

Техническая задача заключается в упрощении определения прочности грунтоцемента в теле jet-сваи, сокращении времени ожидания с момента изготовления сваи до определения прочности грунтоцемента в теле сваи, возможность определения и прогнозирования прочности грунтоцемента в процессе изготовления сваи, а также снижении трудозатрат на контроль качества выполнения свайного фундамента. Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения прочности грунтоцементной сваи, включающем отбор проб грунта и проведение лабораторных исследований прочности закрепленного цементным раствором грунта каждого пласта, выполнение грунтоцементной сваи методом струйной геотехнологии с частичным замещением грунта цементным раствором и удалением грунтоцементной пульпы, согласно изобретению, в процессе выполнения грунтоцементной сваи по струйной геотехнологии, при прохождении каждого пласта грунта, производят отбор проб и определение плотности удаляемой грунтоцементной пульпы, затем, в соответствии с выявленной функциональной зависимостью плотности грунтоцементной смеси в свае от плотности удаленной пульпы определяют плотность грунтоцементной смеси в свае, и содержание в ней цемента в соответствии с выявленной функциональной зависимостью его от плотности грунтоцементной смеси в свае по результатам лабораторных исследований грунтоцементной смеси с аналогичным содержанием цемента и вида грунта, в соответствии с выявленной функциональной зависимостью от расхода цемента и вида грунта.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что в процессе выполнения грунтоцементной сваи по струйной геотехнологии, при прохождении каждого пласта грунта, производят отбор проб и определение плотности удаляемой грунтоцементной пульпы, затем в соответствии с выявленной функциональной зависимостью плотности грунтоцементной смеси в свае от плотности удаленной пульпы определяют плотность грунтоцементной смеси в свае и содержание в ней цемента в соответствии с выявленной функциональной зависимостью его от плотности грунтоцементной смеси в свае по результатам лабораторных исследований грунтоцементной смеси с аналогичным содержанием цемента и вида грунта в соответствии с выявленной функциональной зависимостью от расхода цемента и вида грунта.

Предлагаемый способ заключается в определении прочности грунтоцемента в jet-свае непосредственно в процессе ее устройства и включает периодический или непрерывный контроль за плотностью удаляемой из скважины пульпы - смеси грунта и цементного раствора, по результатам которого определяют плотность грунтоцемента и содержание цемента в свае по построенным диаграммам расчетных функциональных зависимостей, а по диаграмме, построенной на основании ранее выполненных лабораторных исследований отобранных грунтов (от песчаных до глинистых), закрепленных цементным раствором с различным расходом цемента, определяют прочность грунтоцемента в зависимости от содержания цемента.

Технический результат - исключение бурения контрольных скважин в устроенной jet-свае с отбором кернов и испытанием их в лаборатории, а возможность фиксирования слоев отложений других, неучтенных при изысканиях, видов грунтов, свойства которых могут отрицательно влиять на параметры и свойства сваи при производстве работ по ее устройству, и возможность корректирования при этом технологических параметров струйной геотехнологии. Кроме того, снижаются трудозатраты на контроль качества изготовления свай по струйной геотехнологии в результате исключения работ по контрольному бурению, отбору проб и испытанию кернов.

Предложенный способ определения состава и прогнозирования прочности грунтоцемента в jet-свае является малозатратным, промышленно применимым, так как может быть использован с помощью существующих технических средств. Плотность удаляемой из скважины пульпы определяется ареометрическим или весовым способом в периодически отбираемых пробах, или непрерывно фиксируется датчиками-плотномерами, установленными на лотках, отводящих пульпу (шлам) в шламосборники.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату. Предложенное техническое решение соответствует установленным критериям изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена диаграмма, полученная расчетом изменения плотности грунтоцементной смеси в свае, формируемой в результате седиментации твердых фракций из образуемой пульпы при размыве грунта цементным раствором в/ц=1, в зависимости от плотности удаляемого из скважины остатков пульпы (шлама); на фиг. 2 представлен график изменения содержания цемента в грунтоцементной смеси в свае в зависимости от ее плотности в свае, построенный по расчетам и подтвержденный лабораторными исследованиями; на фиг. 3 представлена диаграмма изменения прочности грунтоцементных смесей, приготовленных из различных видов грунтов (песчаных, супесчаных, суглинистых и глин) и цементного раствора в/ц=1, в зависимости от содержания цемента в этих смесях.

Способ осуществляют следующим образом.

Производят инженерно-геологические изыскания с отбором проб грунта и лабораторные исследования на закрепляемость цементным раствором. В процессе выполнения грунтоцементной сваи по струйной геотехнологии определяют плотность удаляемой грунтоцементной пульпы, а затем, по функциональной зависимости, определяют плотность грунтоцементной смеси в свае и содержание в ней цемента, после чего определяют прочность грунтоцемента в свае по результатам лабораторных исследований грунтоцементной смеси с аналогичным содержанием цемента и вида грунта.

По материалам ранее выполненных инженерно-геологических изысканий устанавливают вид грунта, при однородном, или виды грунтов при многослойном залегании и протяженность пласта по глубине сваи. Проводят лабораторные исследования на возможность закрепления грунта цементным раствором каждого пласта и определяют зависимость прочности грунтоцемента в свае от расхода цемента для каждого вида грунта (песок, супесь, суглинок, глина).

При оптимальном расходе цемента доля его полезного использования в песчаном грунте по струйной геотехнологии jet-1 составляет 35-45%, в глинистых грунтах потери достигают 80% и более.

В соответствии с лабораторными исследованиями выбирают оптимальные технологические параметры струйной геотехнологии для выполнения jet-сваи и выводят зависимости плотности грунтоцементной смеси в свае от плотности удаляемой грунтоцементной пульпы (см. фиг. 1) и содержания цемента в грунтоцементе в свае от плотности грунтоцементной смеси в свае (см. фиг. 2).

Выполняют грунтоцементную jet-сваю методом струйной геотехнологии с частичным замещением грунта цементным раствором и удалением грунтоцементной пульпы. В процессе устройства jet-сваи контролируют плотность удаляемой из скважины на поверхность пульпы, например, с помощью датчика-плотномера. При прохождении каждого пласта грунта производят отбор проб и определяют плотность удаляемой грунтоцементной пульпы. По замерам проб определяют усредненную плотность удаляемой пульпы из каждого размываемого пласта по глубине сваи. По диаграмме на фиг. 1 определяют плотность грунтоцементной смеси в свае в каждом размытом пласте грунта в соответствии с выявленной функциональной зависимостью плотности грунтоцементной смеси в свае от плотности удаленной грунтоцементной пульпы. По диаграмме на фиг. 2 определяют содержание цемента в грунтоцементе в свае в каждом пласте в соответствии с выявленной функциональной зависимостью его от плотности грунтоцементной смеси в свае. По диаграмме на фиг. 3 определяют прочность грунтоцемента сваи в соответствии с выявленной функциональной зависимостью от расхода цемента и вида грунта.

Предлагаемый способ определения прочности грунтоцементной сваи позволит прогнозировать состав и прочность получаемых грунтоцементов в процессе производства работ. По показателю плотности пульпы в процессе выполнения сваи возможно корректировать технологические параметры для обеспечения проектной прочности грунтоцемента в свае.

Пример последовательности определения прочности грунтоцемента в jet-свае, устраиваемой в грунте, например в песчаном, с применением цементного раствора плотностью Y=1.51 т/м³ (в/ц=1)

1. Производят следующие замеры в процессе устройства jet-сваи:

- Определяют плотность удаляемой из скважины цементо-песчаной пульпы, которая для нашего примера, для цементо-песчаной пульпы, составляет, например Y=1.75 т/м³.

- Определяют плотность цементного раствора, нагнетаемого через монитор под давлением от 10 до 20 МПа для размыва грунта, которая для нашего примера составляет Y=1.51 т/м³, что соответствует в/ц=1.

- Определяют плотность цементо-песчаной смеси в свае по графику (фиг. 1), выражающего функциональную зависимость плотности грунтоцементной смеси в свае, образуемой при размыве грунта цементным раствором в/ц=1, от плотности удаляемой из скважины пульпы, которая при замеренной плотности удаляемой пульпы, например, Y=1.75 т/м³, составляет Y=1.868 т/м³.

- Определяют содержание цемента в цементо-песчаной смеси в свае по графику (фиг. 2), выражающего функциональную зависимость плотности грунтоцемента в свае от содержания цемента в ней, которая для нашего примера, для цементо-песчаной смеси плотностью Y=l.868 т/м³, составляет 0,51 т/м³.

- Определяют прочность цементо-песчаной смеси в свае по графику (фиг. 3) изменения прочности грунтоцементных смесей, приготовленных из различных видов грунтов (песчаных, супесчаных, суглинистых и глин) и цементного раствора в/ц=1, в зависимости от содержания цемента в этих смесях. Для цементо-песчаной смеси, содержащей 0,51 т/м³ цемента, средняя прочность составляет порядка 10 МПа.

Изобретение направлено на упрощение контроля качества изготовления свай по струйной геотехнологии jet-1 и снижение трудозатрат за счет исключения работ по контрольному бурению, отбору и испытанию кернов. Указанный технический результат достигается тем, что в процессе выполнения грунтоцементной сваи по струйной геотехнологии, при прохождении каждого пласта грунта, производят отбор проб и определение плотности удаляемой грунтоцементной пульпы, затем, по функциональной зависимости, определяют плотность грунтоцементной смеси в свае и содержание в ней цемента, после чего определяют прочность грунтоцемента в свае по результатам лабораторных исследований грунтоцементной смеси с аналогичным содержанием цемента и вида грунта. 3 ил.

Способ определения прочности грунтоцементной сваи, включающий отбор проб грунта и проведение лабораторных исследований прочности закрепленного цементным раствором грунта каждого пласта, выполнение грунтоцементной сваи методом струйной геотехнологии с частичным замещением грунта цементным раствором и удалением грунтоцементной пульпы, отличающийся тем, что в процессе выполнения грунтоцементной сваи по струйной геотехнологии, при прохождении каждого пласта грунта, производят отбор проб и определение плотности удаляемой грунтоцементной пульпы, затем в соответствии с выявленной функциональной зависимостью плотности грунтоцементной смеси в свае от плотности удаленной пульпы определяют плотность грунтоцементной смеси в свае и содержание в ней цемента в соответствии с выявленной функциональной зависимостью его от плотности грунтоцементной смеси в свае, затем определяют прочность грунтоцемента в свае по результатам лабораторных исследований грунтоцементной смеси с аналогичным содержанием цемента и вида грунта в соответствии с выявленной функциональной зависимостью от расхода цемента и вида грунта.