ООО СтройФинансГрупп+7 (905) 553-54-55

Режим работы:
Пн - Пт: с 09:00 до 20:00
Сб - Вс: с 10:00 до 18:00

Звоните по телефону:
+7 (905) 553-54-55


Заказать обратный звонок


Работаем в Москве, Московской области
и регионах России

Технология изготовления
грунтоплавленых свай

Главная страница Вывоз грунта → Технология изготовления грунтоплавленых свай

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРУНТОПЛАВЛЕНЫХ СВАЙ НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ С ПОМОЩЬЮ ГЕНЕРАТОРА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

"Основание, фундаменты и механика грунтов" №6  1999 год
©
В.В.Сиротюк, В.А.Архипов.

Предложен новый способ изготовления свайных оснований. Создана экспериментальная установка, с помощью которой получено свайное поле на строительной площадке. Испытания покололи высокую несущую способность опытного свайного основания из плавленых грунтов

Термическое укрепление грунтов основано на воздействии положительного температурного поля, вызывающего необратимые коренные изменения вещественного состава и физико-механических свойств. Можно выделить три основных этапа развития науки и практики термической обработки грунтов. Многовековой опыт обжига керамических изделий (на первом этапе) сформировал необходимую базу знаний для перехода ко второму этапу, начало которого следует отнести к 20-м годам XX в. Наряду с интенсивным развитием науки в области технической мелиорации грунтов появились машины и оборудование для термообработки грунтов на строительной площадке. Твёрдые углеводородные топлива, используемые ранее для обжига грунтовых смесей и изделий, были дополнены жидкими и газообразными, сжигаемыми в специальных горелках. Плотность теплового потока удалось повысить на три порядка до 5*104 Вт/м2. Наибольшее практическое внедрение получило глубинное термоупрочнение лёссовых грунтов по «способу Литвинова», значительно модернизированному за пятьдесят лет [1].

Начиная с 50-х годов (третий этап), электротермический нагрев стал широко использоваться при создании новых технологий и материалов. В реальных технологиях стали использоваться электротопливные горелки, ВЧ- и СВЧ-генераторы, плазмотроны и т.п. При этом плотность теплового потока удалось увеличить до 5*104 Вт/м2, а температуру теплоносителя до 10*103К и более.

Плазменный нагрев позволяет воздействовать на материалы и вещества энергией высоких концентраций, высокими и сверхвысокими температурами, непосредственно электрическим и магнитным полями. Физико-химические процессы в условиях низкотемпературной плазмы протекают за доли секунды, т.е. исходные вещества превращаются в необходимые продукты с предельной скоростью, характерной для данного процесса.

В процессе плазменной термообработки грунты проходят шесть стадий термических преобразований: осушение (дегидратация); нагрев минеральной части (дегидроксиляция); обжиг (спекание); плавление (аморфизация); нагрев расплава (дегазация и гомогенизация); охлаждение и твердение расплава. Коагуляционый тип структурных связей, преобладающий в исходных грунтах, превращается в криптокристаллизационный, придавая термогрунтам ряд необратимых позитивных строительных свойств. В процессе нагрева до (2.5...2,8)*103 К одновременно происходит интенсивное газовыделение с гомогенизацией силикатного расплава. Плавленый грунт приобретает однородность состава, физических и механических свойств. Изменения физико-механических показателей термогрунта по стадиям термического воздействия (на примере суглинка тяжелого пылеватого) представлены в таблице.

Физико-механические свойства термогрунтов после четвёртой стадии термического воздействия в меньшей степени зависят от химико-минералогического состава исходного грунта. В первую очередь эти свойства определяются режимом и условиями охлаждения материала на шестой стадии. Быстрое охлаждение недопустимо, так как ведёт к возрастанию термических напряжений, вызывающих микро- и макродефекты структуры плавленого грунта. Отличительной особенностью плавленых грунтов является не только высокая прочность, но и долговечность, оцениваемая по водо- и морозостойкости и стойкости к воздействию агрессивных сред.

При разработке технологии глубинной плазменной термообработки грунтов мы отказались от традиционных способов, применяемых при использовании топливных горелок. Традиционные технологии основаны на принципах длительного конвективного теплообмена между раскалёнными газами и грунтовым массивом за счёт фильтрации этих газов через поровое пространство грунтов. При этом существуют значительные ограничения, связанные с газопроницаемостью грунтовых массивов, их влажностью, неоднородностью и т.п. На традиционном пути не реализуется основное преимущество плазменного нагрева - высокая плотность теплового потока, что вызывает быстрое оплавление обрабатываемой поверхности со снижением фильтрации газов в грунт. Расположение плазмотронов в устье скважины, рекомендованное в работе [2], не принесло ожидаемых результатов [3].

Исследования показали, что при плазменном нагреве плавление фунтов начинается через 5…7 секунд. Увеличение времени нагрева свыше 30-40 секунд снижает эффективность термообработки. Предлагаемая технология основана на принципе непрерывной и равномерной подачи малых порций грунта в зону плазменного реактора [4]. При глубинной термообработке указанный принцип реализуется в лидерной скважине диаметром 20…24 см с требуемой глубиной. Скважина служит реактором для получения силикатного расплава и формой для образования сваи. Термическое воздействие осуществляется глубинным плазмотроном, опускаемым до дна скважины. Для плазменной термообработки пригодны практически все разновидности минеральных грунтов. Грунт подаётся в зону плавления через специальный дозатор, устанавливаемый на устье скважины. Отходящие газы просушивают и частично нагревают грунт в дозаторе. По мере подачи грунта и подъёма плазмотрона скважина заполняется силикатным расплавом. Остывающий расплав передает основную часть тепловой энергии по радиусу скважины. Грунтоплавленое тело сваи спекается с грунтовым массивом через слои грунта, подвергнутого той или иной степени термической модификации (см. табл.).


Общая толщина этих слоев примерно соответствует первоначальному диаметру скважины. Для повышения несущей способности сваи устраиваются уширения. Они образуются за счёт задержки плазмотрона на заданной глубине на 4-7 минут с прекращением подачи грунта из дозатора. Затем уширение заполняется расплавом.

Производительность процесса определяется энергетической мощностью установки и, до некоторой степени (до 15 %), видом и влажностью исходного грунта. Расчёты и эксперименты позволили определить рациональные технологические параметры плазменной термообработки и снизить удельные энергозатраты до 1,5.-1,8 кВтч/кг плавленого фунта.

опытная установка для глубинной термообработки грунтовРезультаты экспериментально-теоретических исследований, выполненных с использованием лабораторных стендов, проверены на опытно-производственном строительстве. Для этого сконструирована и изготовлена опытная установка для глубинной термообработки грунтов на строительной площадке (рис.1). Эта установка оснащена генератором низкотемпературной плазмы оригинальной конструкции длиной 3,5 м (увеличение длины не вызывает затруднений). Погружной плазмотрон разработан и изготовлен по нашему заказу в МИФИ под руководством Н.В. Пашацкого. Генератор работает как на переменном, так и на постоянном токе. За счёт поперечного взаимодействия многодугового разряда с плазмообразующим газом формируется «размытый» плазменный факел диаметром 15-17 см со средне массовой температурой (5-6)*103 К. В качестве плазмообразующего газа используется воздух. Электроды плазмотрона изготовлены из силицированного графита с высокой эрозионной стойкостью. Охлаждение электродов производится за счёт циркуляции воды в замкнутой системе с резервной ёмкостью. Энергетическая мощность генератора плавно изменяется от 60 до 160 кВт. Все системы автономного питания размещены на грузовом прицепе в мобильной плазмообразующей станции.

опытная строительная площадкаСвайное поле было устроено в 1997 г. на опытной строительной площадке (рис.2), грунтовый массив которой сложен суглинками тяжелыми пылеватыми полутвёрдой консистенции с коэффициентом уплотнения 0.9...0.92, модулем деформации грунта 5...6 МПа, коэффициентом сцепления 0,05 МПа и углом внутреннего трения 24 градуса. Были изготовлены буронабивные и грунтоплавленые сваи длиной 1,5-2 м. Бетонные буронабивные сваи выполнены по известной технологии для сопоставления их несущей способности с грунтоплавлеными сваями. Для изготовления грунтоплавленых свай использовался грунт, выбуренный из массива при проходке лидерных скважин.

Статические испытания свайного поля проведены специалистами института ТИСИЗ г. Омска в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-94. Вдавливание свай осуществлялось домкратами ДГО-50 через выравнивающий слой из цементобетона. Опорная конструкция для восприятия реактивных сил состояла из анкерных свай с поперечной балкой. Шаг загружения составлял 20 кН с необходимым интервалом на каждой ступени до затухания деформаций. Деформации замерялись индикаторами ИЧ-50 с ценой деления 0,01 мм. Нагружение каждой сваи проводилось до достижения предельной осадки 40 мм. На рис.3 (для примера) представлены типичные графики зависимости предельной осадки S от величины нагружения Р для буронабивной (1) и грунтоплавленой (2) свай длиной по 2 м. Все грунтоплавленые сваи показали значительно большую несущую способность, чем буронабивные (в 2...3 раза).

После испытания свайного поля осуществили шурфование с замером всех фактических параметров каждой сваи и грунтового массива вокруг них. Результаты замеров показали, что высокая несущая способность грунтоплавленых свай объясняется уширениями и наличием слоев грунта с различным уровнем термической модификации, расположенных по периферии от тела свай из остывшего силикатного расплава (рнс.4).

Диаметр уширения достигал 580 мм, а толщина слоев модифицированного грунта - 200 мм и более. Влажность этих слоев оставалась на уровне 2…4%, несмотря на то, что с момента изготовления свай до их обследования прошло пять месяцев, а влажность грунта в окружающем массиве составляла 20...24%.

Таким образом, натурные испытания свай, полученных способом плазменной термообработки грунтов до стадии плавления, дали позитивные результаты. Экономическая эффективность предлагаемой технологии обоснована следующими обстоятельствами:

- высокими прочностью, несущей способностью и долговечностью свайного основания из плавленых грунтов;

- пригодностью для плазменной термообработки практически всех видов местных грунтов или минеральных отходов промышленности;

- отказом от дорогостоящих привозных материалов и от строительства и содержания базы для изготовления этих материалов и изделий;

- возможностью круглосуточного и круглогодичного производства работ при сравнительно малой величине зимнего удорожания;

- относительно высоким КПД получения тепловой энергии и всего технологического процесса;

- экологической чистотой технологического процесса;

- мобильностью и автономностью установки для плазменной термообработки грунтов.

Общая стоимость строительства свайных оснований из плавленых грунтов складывается из следующих затрат:

- на подготовительные работы (бурение скважин, подготовка грунта);

- на приобретение топлива для передвижной электростанции;

- на приобретение электродов для плазмотрона;

- на оплату труда обслуживающего персонала (2 чел.);

- на отчисления для ремонта и восстановления оборудования.

Предлагаемая технология и экспериментальное оборудование прошли первую стадию опытно-производственной проверки. Достигнутый уровень разработок позволяет прогнозировать их перспективность. Требуется дальнейшее совершенствование оборудования для повышения конкурентоспособности предлагаемой технологии. Предварительные конструкторские проработки показали, что вся плазменная установка может быть размещена на платформе грузового автомобиля грузоподъёмностью 12 т. Генератор для энергопитания установки может иметь привод от двигателя этого автомобиля. Погружной плазмотрон монтируется на выдвижной стреле с системой гидравлики. В дальнейшем установка будет оснащена системой автоматизированного управления и контроля.

Изготовление оснований из грунтоплавленых свай рекомендуется, в первую очередь, при строительстве зданий малой этажности, при реконструкции зданий, высокой агрессивности грунтовых вод, большой рассосредоточенности малых объектов, отсутствии развитой базы строительной индустрии и та Экономическая эффективность предлагаемых решений зависит от конкретных условий строительства. Технико-экономические расчеты показывают, что изготовление оснований из грунтоплавленых свай может быть в 1,5-3 раза дешевле, чем применение традиционных технологий, материалов и конструкций.

СПИСОК ЛНТЕГАТУРЫ

1. Юрданов А.П. Термическое упрочнение грунтов в строительстве. -М : Стройиздат, 1990.- 128 с.

2. Задворнев Г. А. Пути и перспективы использования низкотемпературной плазмы в строительстве. -Тольятти: ТВВСКУ, 1985. - 24 с

3. Сиротюк В.В. и др. Изготовление термогрунтовых свай с использованием плазмотронов // Строительство в новых хозяйственных условиях. - Омск, 1992. – С.12-16.

4. Патент 202831, Россия, Способ изготовления термогрунтовых свай /В.В. Сиротюк // Открытия. Изобретения.- 1996.- №18.- С.210.




Для обсуждения заказа оставьте контактный номер

Впишите и отправьте телефонный номер,
  представитель компании позвонит Вам в ближайшее время.

 

тел. +7 (905) 553-54-55    E-mail: kotlovanstroi@yandex.ru