На правах рукописи

М И Н А Е В Олег Петрович РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ГЛУБИННОГО УПЛОТНЕНИЯ СЛАБОСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

политехнический университет и ОАО ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева Актуальность работы. Механическое уплотнение грунтов являет- ся эффективным приемом улучшения физико-механических свойств ос

Официальные оппоненты: нований в грунтовых сооружениях, как отмечают в своих работах, Доктор физико-математических наук, профессор Герсеванов Н.М., Цытович Н.А., Флорин В.А., Терцаги К., Савинов О.А., Иванов П.Л., Далматов Б.И., Гольдштейн М.Н., Ильичев В.А., Уздин А.М., Блехман Илья Израилевич - Институт проблем машиноведения РАН Белаш Т.А., Бадьин Г.М., Березанцев В.Г., Абелев М.Ю., Малышев М.В., и НПК МеханобрТехника, г. Санкт-Петербург Бугров А.К., Горелик Л.В., Шейнин И.С., Гольдин А.Л., Маслов Н.Н., Доктор технических наук, профессор Дудлер И.В., Красников Н.Д., Крутов В.И. и другие. Это позволяет Белаш Татьяна Александровна - Петербургский государственный существенно увеличить несущую способность основания и крутизну университет путей сообщения, откосов грунтовых сооружений, уменьшить фильтрацию как в пределах г. Санкт-Петербург всего сооружения, так и через отдельные его элементы, обеспечить устойчивость структуры грунтов при воздействии динамических (сейсДоктор технических наук, профессор мических, волновых, фильтрационных и т.п.) нагрузок и т.д., тем самым, Ставницер Леонид Рувимович - Научно-исследовательский институт повысить надежность и экономичность оснований и сооружений.

оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова, г. Москва Уплотнению подвержен широкий спектр грунтов и сооружений х) Ведущая организация - Федеральное государственное оснований. Несвязные и слабосвязные грунты уплотняются эффективно учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт только динамическим воздействием. Широко применяемая в настоящее по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций время послойная укладка грунтов оснований в тело сооружений с (Федеральный центр науки и высоких технологий) МЧС России, уплотнением поверхностными механизмами не обеспечивает высокую г. Москва интенсивность их возведения и не позволяет уплотнять грунты основания мощной толщи в подводной зоне укладки.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка новых технических решений по развитию глубинных методов динамического

Защита состоится л апреля 2009 г. в 10 часов уплотнения песчаных грунтов оснований в том числе, водонасыщенных и на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 512.001.01 расширения области их применения для грунтов других гидротехнических при ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева по адресу: сооружений.

195220, Санкт-Петербург, Гжатская ул.,21, аудитории № 406-407. Научная новизна работы заключается в создании новых научных методов инженерных преобразований и контроля качества уплотнения слабосвязных грунтов оснований и сооружений различными динамическими

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке воздействиями для повышения их несущей способности и сейсмодинами ческой устойчивости.

ОАО ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева.

Подтверждена эффективность применения этих методов для разных типов сооружений, в том числе при обеспечении безопасности на Автореферат разослан л_ 2009 года ограждающие конструкции, близлежащие здания и сооружения и т. д.

Разработаны основополагающие технологические приемы применения

Ученый секретарь диссертационного совета, х) кандидат технических наук Иванова Т.В.

Под термином несвязные и слабосвязные грунты специалисты обычно понимают песчаные грунты, иначе грунты с незначительными структурными связями.

разработанных методов для их реализации в практике строительства. Более 4. Результаты полевых испытаний различных методов зондирования детально установлено следующее: для оценки качества уплотнения песков в подводной зоне укладки.

1. Выявлена эффективность уплотнения грунтов оснований методом 5. Результаты обоснования эффективности применения глубинных последовательного взрывания зарядов (Пат. № 2060320 РФ, Способ динамических методов для уплотнения ЗШМ, возведения плотин в узких уплотнения слабосвязных грунтов взрывами). каньонах, укладки грунтов в интенсивно движущийся поток жидкости и 2. Предложен метод уплотнения водонасыщенных грунтов осно- для заполнения пор каменной наброски и горной массы песком, ваний при аэрировании грунта по периметру зон уплотнения и подтверждена основанных на необходимых расчетно-теоретических, лабораторных и его эффективность (Пат. № 1770526 РФ, Способ уплотнения грунта). полевых экспериментальных исследованиях.

3. На основе виброустановки ВНИИГСа исследована эффективность 6. Рекомендации и итоговые выводы по результатам выполненных модернизированой установки для уплотнения слоя песчаного грунта исследований.

основания мощной толщи (Пат. № 2135690 РФ, Способ глубинного Достоверность и обоснованность полученных результатов провеуплотнения песчаных грунтов).

денных исследований основаны на соответствии теоретических предпосы4. Проведена оценка экспериментальными исследованиями лок и разработок данным лабораторных и полевых опытов, на данных различных методов зондирования уплотненных водонасыщенных песков широкого внедрения в практику строительства, рассмотрении выполненоснований и даны рекомендации по их применению.

ных исследований и разработок на представительных конференциях, науч5. Доказана высокая эффективность динамического уплотнения ных семинарах и чтениях на протяжении более 20 лет работы автора над золошлаковых грунтов (ЗШМ) гидротехнических сооружений и оснований докторской диссертацией.

и обоснована эффективность для этого глубинных динамических методов.

6. Обоснована целесообразность применения двухмассных тяжелых Практическая ценность результатов работы заключается в трамбовок для возведения крупных гидротехнических сооружений. широком внедрении разработанных методов глубинного уплотнения Разработан производственный образец, реализующий новую песчаных грунтов оснований (взрывами, тяжелыми трамбовками, глубинконструкцию рабочего снаряда и способ уплотнения грунта основания ного виброуплотнения) на строительстве комплекса защитных сооружений (Пат. и а.с. №№ 1770525 РФ, Рабочий орган для динамического уплот- г. Санкт-Петербурга от наводнений и разработки и исследований нения грунтов и 1320329, Способ уплотнения грунта трамбованием). принципиальных предложений с реальной перспективой их внедрения на 7. Подтверждено предложение по повышению плотности укладки различных гидротехнических сооружениях и других объектах граждансгрунтов основания в гидротехнические сооружения при интенсивно дви- кого, промышленного, дорожного и др. типах строительства.

жущемся потоке жидкости с перспективой создания натурных установок ичный вклад автора в получении результатов, изложенных в для его реализации.

диссертации, заключается в анализе недостатков и обосновании преи8. Обоснована эффективность заполнения взрывами пор каменной муществ, разработке глубинных методов уплотнения оснований, метонаброски основания песком в подводной зоне укладки гидротехнических дическом обеспечении исследований, проведении теоретических исслесооружений при учащенной сетке взрывания зарядов.

дований, лабораторных опытов и полевых испытаний, мониторинге Задачи исследований. Для достижения намеченной цели необхогрунтов оснований с перспективой и внедрением разработанных глубиндимо было решить задачи, следующие результаты выполнения которых ных методов уплотнения при возведении, прежде всего, гидротехнических выносятся на защиту:

сооружений и в других типах строительства для уплотнения грунтовых 1. Результаты сравнительных испытаний методов одновременного и оснований, в частности на намывных территориях.

последовательного взрывания зарядов.

ичный вклад автора по специальности докторской диссертации 2. Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных подтверждается шестью публикациями в журнале Основания, фундалабораторных исследований эффективности динамических методов при менты и механика грунтов; при этом личный вклад автора в опубаэрировании грунта по периметру зон уплотнения.

икованных статьях составляет от 50 до 100%. Автор является первым по 3. Результаты сравнительных натурных исследований по уплотсписку соавторов в патентах и авторских свидетельствах на изобретения, нению грунтов установкой конструкции ВНИИГС и модернизированной что подтверждает ведущую роль в выполненных разработках.

конструкцией.

2 Автор выражает глубокую благодарность коллегам в научных и Отсыпка и намыв песчаных грунтов оснований в тело дамб и учебных организациях работникам подрядных и проектных организаций, плотин, образование новых территорий путем намыва массивов песчаных служб заказчика, с кем ему пришлось взаимодействовать в процессе грунтов оснований на слой слабых пойменных, в основном глинистых работы над диссертацией и внедрения ее результатов. грунтов, устройство песчаных подушек при замене грунтов (илов, торфов и т.п.), практически непригодных для использования в качестве грунтов Апробация работы. Основные результаты и положения диссероснования, и т.д. широко применяется в строительстве.

тационных исследований представлялись и докладывались автором на VI Не останавливаясь на очевидной необходимости уплотнения и VII Всесоюзных конференциях Динамика оснований, фундаментов и песчаных грунтов оснований (как впрочем и других) при их отсыпке надземных сооружений (г. Нарва, 1-3 октября 1985 г. и г. Днепролнасухо отметим следующее.

петровск, 25-27 сентября 1989г.); на VIII Международной конференции Анализ состояния водонасыщенных песчаных грунтов оснований, Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений (г. Ташнамываемых свободным намывом и отсыпкой под воду показывает, что кент, 25-27 сентября 1994г.); на заседании объединенного Совета независимо от гранулометрического состава они укладываются с лабораторий № 136 и 137 ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева (04 сентября плотностью скелета в рыхлом сложении или близкой к этому.

г.); на заседании секции Основания и грунтовые сооружения ВНИИГ Относительная плотность песков подводного намыва оснований сосим. Б.Е.Веденеева (27 декабря 1993 г.); на вторых - пятых Савиновских тавляет JД = 0,1 - 0,3; причем наиболее рыхлое сложение дают нижние чтениях в Петербургском государственном университете путей сообслои подводного намыва и отсыпки.

щения и ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева (г. Санкт-Петербург, 23-26 июня При надводном намыве оснований обычно формируется досг., 27-30 июня 2000 г., 29 июня - 02 июля 2004 г., 29 июня - 03 июля таточно неоднородный по грансоставу и плотности массив, что вполне г.) на заседании научного семинара кафедры Подземные сооружения, объяснимо объективными причинами такими, как очень значительные основания и фундаменты СПб ГПУ (26 апреля 2007 г.); на Межего площади и объемы, в частности при гидротехническом строительстве, дународной конференции по геотехнике (г. Санкт-Петербург, 16 - особенностями укладки песков при гидронамыве (более крупные июня 2008 г.); на расширенном заседании секции Основания и частицы осаждаются у трубы, мелкие на удалении от неё, осаждение грунтовые сооружения ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева (23 октября 2008 г.).

частиц в слое воды или при ее отжатии, отмыв мелких частиц песка, Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 основных способствующих однородности его структуры и плохой уплотняемости и работ, в том числе 9 публикаций из Перечня ВАК РФ ведущих т.д.), планировка территорий бульдозерами и другие.

рецензируемых научных журналов и 7 патентов и авторских свидеПри строго организованном надводном намыве может быть тельств на изобретения.

достигнута плотность укладки песков оснований JД = 0,4. Однако последующие перемещения осушенных масс песков при планировке Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, основания способствует их разрыхлению и очень рыхлой укладке.

шести глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы (При возведении дамб и плотин из песчаных грунтов, бетонных наименований), приложения, включающего материалы фактического и сооружений и зданий на формируемых песчаных площадях, прокладки перспективного внедрения.

инженерных сетей в их теле, строительстве дорог и устройстве железноРабота общим объемом 335 стр., содержит 86 рисунков и дорожных путей на них и т.п. требуется уплотнение грунтов до заданной таблицы, приложение на 16 стр.

проектной плотности.

По данным проф. П.Л. Иванова, основанных на результатах СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

собственных исследований и других признанных отечественных и зарубежных ученых, уплотнение песчаных грунтов оснований до Во введении излагается основное направление исследований, относительной плотности JД 0,6 гарантирует устойчивость их приведены сведения о структуре и объеме диссертационной работы.

структуры от любых динамических и, тем более, статических воздейстВ первой главе обоснована актуальность темы для гидротехвий. Разжижение песчаных грунтов основания становится невозможным, нического и других типов строительства, приведен обзор предшестгрунт практически не реагирует даже на взрыв.

вующих разработок авторов по глубинному динамическому уплотнению Кроме того, исключаются неравномерные осадки основания, его грунтов оснований, ставятся задачи работы.

просадки, образование воронок и т.п. в слое грунта основания при 4 воздействии динамических (сейсмических, волновых, фильтрационных и Для работы с тяжелыми и сверхтяжелыми трамбовками за рут.п.) нагрузок на грунты песчаного основания. бежом используются как специально созданные установки, так и высокоК настоящему времени в нашей стране и за рубежом разработан грузоподъемные краны на гусеничном ходу и самоходные треноги ряд методов уплотнения песчаных грунтов оснований. Наиболее подъемники.