Full Text

В практике строительства сооружений различного назначения часто бывает экономически нецелесообразно прорезать фундаментами значительную толщу слабых грунтов. Использование слабых грунтов в качестве оснований возможно при условии их предварительного укрепления с целью повышения несущей способности и снижения деформируемости. На территории Пермского края слабые глинистые грунты широко распространены. Актуальным будет являться исследование новых способов укрепления, применимых для грунтов такого типа. При этом низкая проницаемость и низкая прочность глинистых грунтов препятствуют закреплению грунта смолами и цементными растворами. Решением проблемы улучшения характеристик слабых грунтов может стать электрохимическое закрепление. Электрохимическое закрепление - это способ улучшения свойств влагонасыщенных грунтов, основанный на явлении под действием постоянного электрического тока процессов электролиза, электроосмоса, обменных реакций, образования и накопления новых химических соединений. Отличительной чертой электрохимического метода, по сравнению с химическими, является использование для упрочнения грунта постоянного электрического тока. При пропускании тока через грунт, а также использовании электролита происходят физико-химические процессы, которые ведут к упрочнению грунта. Область применения метода электрохимического закрепления довольно обширна. Он применяется для увеличения несущей способности слабых глинистых грунтов, создания завесы из грунтовых свай, ограждения объектов от грунтовых вод, закрепления основания перед строительством подземных и наземных сооружений. Метод электрохимического закрепления имеет ряд достоинств, например: минимизируется ручной труд, снижаются затраты финансов и времени [1-3]. Существует несколько способов электрохимической обработки, все они основаны на введении в грунт растворов различных химических веществ: электролитов на основе алюмокалиевых квасцов, хлористого кальция, жидкого стекла и т.д. Перечисленные электролиты значительно устарели и не обеспечивают требуемой прочности и равномерности закрепления грунта. В настоящее время очень важным является совершенствование методов электрохимической обработки грунтов. Одним из примеров усовершенствования является использование электролитов на основе сульфата магния [4]. Цель данной работы - обоснование параметров электрохимического закрепления влагонасыщенных глинистых грунтов Пермского края раствором на основе 20%-го сульфата магния при строительстве зданий и сооружений, обеспечивающего повышение эффективности ведения строительных работ и снижение трудоемкости. Эксперимент считаем модельным, поскольку он проводится на экспериментальной установке, моделирующей естественные условия. Масштаб эксперимента - 1:10. В соответствии с масштабом применены металлические электроды. Основная идея работы заключается в применении раствора сульфата магния при формировании несущей способности грунтов для обоснования параметров технологии и разработки технического обеспечения однорастворного электрохимического закрепления для подготовки строительной площадки перед началом работ [5, 6]. Лабораторные испытания будут проводиться с суглинком Ip = 0,16 различной консистенции, т.е. с заданными показателями текучести IL = 0,4; 0,6 как наиболее широко распространенными в Пермском крае [7]. Для задания показателя текучести IL необходимо знать число пластичности грунта Ip и определить значение влажности по формуле (1) где - необходимая влажность грунта; - заданный показатель текучести; - верхняя граница текучести; - нижняя граница раскатывания. Первой ступенью эксперимента является подготовка пасты (рис. 1), которую получаем, смешивая грунт в виде сухого порошка с водой. Имея влажность грунта, применяемого в эксперименте, можно определить количество воды, необходимое для добавления в порошок грунта с целью получения пасты заданной консистенции: (2) где - необходимая масса воды; - масса сухого грунта [7]. Емкостью для проведения эксперимента будет служить пластмассовый таз объемом 0,9 м3. Заполнять таз следует постепенно, плотно укладывая пасту слоями. В течение всего времени хранения пасты до начала эксперимента необходимо контролировать влажность грунта путем систематического определения влажности проб. Рис. 1. Подготовка пасты Fig. 1. Preparation of packing clay В качестве электролита были рассмотрены различные растворы, но по рекомендациям А.М. Бургонутдинова, занимающегося исследованием данной темы, был выбран 20%-й раствор сульфата магния, применяемый в дозировке 15 л на 1 м3 закрепляемого грунта [8, 9]. Электролит подается в грунт через анодные электроды, которые представляют собой трубки диаметром 1 см, длиной 30 см с перфорацией 0,3-0,5 мм. В качестве материала электродов выбраны алюминий и железо (рис. 2). Глубина погружения электродов в грунт составляет 20,5 см, расположение в плане - шахматное (рис. 3). Рис. 2. Металлические электроды Fig. 2. Metal electrodes Плотность тока принята равной 2,5-3 А/м2. На начальном этапе обработки плотность тока должна быть выше, к окончанию времени рекомендуется уменьшить ее до 0,5 А/м2. Изменение будет осуществляться с помощью регулируемого блока питания, присоединяемого ко всем четырем электродам клеммами. Предполагаемое время обработки - 8 ч. а б Рис. 3. Схема расположения электродов: а - в плане; б - в разрезе Fig. 3. The arrangement of electrodes: а - plan; b - sectional Характеристики прочности и деформируемости глинистого грунта в естественном состоянии и глинистого грунта, усиленного электрохимическим закреплением, будут получены по результатам лабораторных испытаний по методу одноплоскостного среза и компрессионного сжатия. Испытания будут производиться в соответствии с ГОСТ 12248 [10-15]. В исследованиях планируется провести четыре серии испытаний. Первая серия будет проводиться для незакрепленного грунта с показателем текучести 0,4; вторая - также для незакрепленного грунта, но с показателем текучести 0,6. Третья и четвертая серии будут проводиться для закрепленного грунта с показателями текучести 0,4 и 0,6 соответственно. Программа экспериментальных исследований приведена в таблице. Параметры программы испытаний The parameters of the test program Входные параметры Выходные параметры Условие закрепления IL c φ E Незакрепленный 0,4 Испытание одноплоскостного среза ГОСТ 12248 σ = 100, 200, 300 кПа Испытание компрессионного сжатия ГОСТ 12248 0,6 Испытание одноплоскостного среза ГОСТ 12248 σ = 100, 150, 200 кПа Закрепленный 0,4 Испытание одноплоскостного среза ГОСТ 12248 σ = 100, 200, 300 кПа 0,6 Испытание одноплоскостного среза ГОСТ 12248 σ = 100, 150, 200 кПа Для оценки влияния электрохимического закрепления на закрепленный грунт введем безразмерные коэффициенты, показывающие изменения угла внутреннего трения Δφ, удельного сцепления Δс и модуля деформации ΔЕ. (3) где - угол внутреннего трения закрепленного грунта с показателями текучести 0,4 и 0,6 соответственно; - угол внутреннего трения незакрепленного грунта с показателями текучести 0,4 и 0,6 соответственно. (4) где - удельное сцепление закрепленного грунта с показателями текучести 0,4 и 0,6 соответственно; - удельное сцепление незакрепленного грунта с показателями текучести 0,4 и 0,6 соответственно. (5) где - модуль деформации закрепленного грунта с показателями текучести 0,4 и 0,6 соответственно; - модуль деформации трения незакрепленного грунта с показателями текучести 0,4 и 0,6 соответственно. Применение глинистых грунтов в качестве основания зданий и сооружений довольно сложно. Обусловлено это их низкой прочностью, а также низкой проницаемостью. При этом неэффективными методами считаются инъекционные, поскольку цементные растворы и смолы очень сложно закачать в грунтовый массив. Решением проблемы закрепления слабых грунтов является метод электрохимического закрепления. Обработка глинистого массива током с применением электролита значительно улучшает его физико-механические свойства. В данной статье составлен план эксперимента и определены параметры влияния метода электрохимического закрепления на свойства глинистого грунта. По результатам эксперимента будут сделаны выводы об эффективности метода электрохимического закрепления, а также будут высказаны предположения об изменении параметров эксперимента.

About the authors

L. A Igosheva

Perm National Research Polytechnic University

A. S Grishina

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 137

Refbacks

• There are currently no refbacks.