Помощь студентам в учебе
Методы контроля качества инъецирования при закреплении грунтов
|
СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 9
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1 История развития инъекционного закрепления грунтов 10
1.2 Анализ применимости существующих методов инъекции грунтов для
различных целей строительства и реконструкции в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга 16
1.3 Анализ положений нормативной технической документации в области
контроля качества закрепления грунта 24
1.4 Выводы по Главе 1. Постановка цели и задач исследования 26
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА К РАЗЛИЧНЫМ ЦЕЛЯМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ 28
2.1 Сущность струйной технологии 28
2.2 Анализ применимости струйной цементации для различных целей
строительства и реконструкции 31
2.2.1 Устройство противофильтрационных завес и экранов 32
2.2.2 Устройство ограждений котлованов 34
2.2.3 Закрепление (армирование) грунтов 36
2.2.4 Усиление фундаментов и оснований зданий и сооружений 40
2.2.5 Закрепление грунтов при проходке тоннелей 42
2.2.6 Выводы к проведенному анализу 43
2.3 Методы контроля качества закрепления грунтового массива с анализом
применения данных методов для различных целей закрепления 44
2.3.1 Обзор рекомендуемых нормативно-технической литературой
контрольных мероприятий для оценки качества закрепления 44
2.3.2 Обзор методов контроля качества закрепления грунтов с помощью
технологии струйной цементации с анализом применимости каждого метода для конкретных целей инъекции 46
2.4. Выводы по Главе 2 81
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТАННЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНТРОЛЮ
КАЧЕСТВА ГРУНТОЦЕМЕНТНОГО МАССИВА, СОЗДАННОГО МЕТОДОМ
СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 141
СПИСОК ИЛЛЮСТРИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА
ВВЕДЕНИЕ 4
ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 9
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1 История развития инъекционного закрепления грунтов 10
1.2 Анализ применимости существующих методов инъекции грунтов для
различных целей строительства и реконструкции в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга 16
1.3 Анализ положений нормативной технической документации в области
контроля качества закрепления грунта 24
1.4 Выводы по Главе 1. Постановка цели и задач исследования 26
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА К РАЗЛИЧНЫМ ЦЕЛЯМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ 28
2.1 Сущность струйной технологии 28
2.2 Анализ применимости струйной цементации для различных целей
строительства и реконструкции 31
2.2.1 Устройство противофильтрационных завес и экранов 32
2.2.2 Устройство ограждений котлованов 34
2.2.3 Закрепление (армирование) грунтов 36
2.2.4 Усиление фундаментов и оснований зданий и сооружений 40
2.2.5 Закрепление грунтов при проходке тоннелей 42
2.2.6 Выводы к проведенному анализу 43
2.3 Методы контроля качества закрепления грунтового массива с анализом
применения данных методов для различных целей закрепления 44
2.3.1 Обзор рекомендуемых нормативно-технической литературой
контрольных мероприятий для оценки качества закрепления 44
2.3.2 Обзор методов контроля качества закрепления грунтов с помощью
технологии струйной цементации с анализом применимости каждого метода для конкретных целей инъекции 46
2.4. Выводы по Главе 2 81
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТАННЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНТРОЛЮ
КАЧЕСТВА ГРУНТОЦЕМЕНТНОГО МАССИВА, СОЗДАННОГО МЕТОДОМ
СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ 87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 141
СПИСОК ИЛЛЮСТРИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА
Актуальность темы. Реконструкция городской среды, увеличение объемов строительства в современных условиях плотной застройки, а также рост кадастровой стоимости земельных участков привели к необходимости использования подземного пространства (метро, паркинг, комплексы торговых и складских помещений). Это позволило улучшить состояние инфраструктуры городов как в новых кварталах, так и в районах со сложившейся городской застройкой. Перенос транспортной инфраструктуры в подземное пространство позволил освободить дефицитные районы города и улучшить качество жизни людей.
Вместе с тем, подземное строительство в Санкт-Петербурге осложнено неблагоприятными инженерно-геологическими условиями - значительная часть центра города сложена слабыми, водонасыщенными, тиксотропными грунтами, которые изменяют свои характеристики при различного рода воздействиях: от природных до техногенных [67]. В связи с этим при освоении подземного пространства возникает необходимость предварительного улучшения строительных свойств грунтов. Улучшение строительных свойств грунтов также требуется для усиления оснований исторических зданий, которые за время своей эксплуатации получили многочисленные трещины и повреждения в несущих конструкциях из-за неравномерности осадок. При строительстве метрополитена требуются мероприятия по снижению вредного влияния подземного строительства на земную поверхность.
Для решения этих задач используют различные методы закрепления грунтового массива, в т.ч. инъекционные, целью которых является изменение строительных свойств грунтов путем нагнетания в них различных жидких веществ. Широкое применение методов инъекции позволило расширить границы возможностей строительства и реконструкции в условиях плотной городской застройки, а также стало важным подспорьем для выведения исторических зданий и архитектурных памятников центральной части города из аварийного состояния. Применение некоторых технологий инъекции позволяет сооружать в грунтовых массивах различные грунтоцементные элементы: фундаменты, искусственные основания, ограждения котлованов, геотехнические барьеры, вертикальные и горизонтальные противофильтрационные завесы, распорные диафрагмы и т.д.
Производство работ по сооружению таких конструкций выполняется в условиях исключительной скрытости работ. Помимо этого, обеспечение надлежащего качества закрепления осложняется естественной неоднородностью грунтовой среды. Поэтому важным этапом устройства грунтоцементного массива является проверка соответствия его физико-механических характеристик требованиям проекта, а также проверка однородности закрепления. Проверку качества закрепления можно осуществлять различными методами контроля, выбор которых определяется способом закрепления грунтов, целями инъекции и необходимой точностью исследования грунтов.
При этом мероприятия по контролю качества работ по закреплению грунтов должны быть заложены в проект. Однако, в нормативной литературе вопросы оценки качества укрепления грунта не решены в полном объеме.
На данный момент времени основными нормативно-техническими документами, содержащими положения по контролю качества закрепленных различными способами инъекций грунтов, являются:
- СТО НОСТРОЙ 2.3.18-2011 Укрепление грунтов инъекционными методами в строительстве;
- СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*;
- СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87;
- СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;
- СП 291.1325800.2017 Конструкции грунтоцементные армированные. Правила проектирования;
- Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве (к СНиП 3.02.01-83).
В данных стандартах отсутствует регламентация методов контроля, а также номенклатура параметров, контролирование которых обеспечит необходимый уровень качества закрепления. Вопросы контроля качества инъекции грунтов в национальных нормативах освещены поверхностно, без какой-либо конкретики для различных способов инъекции.
В связи с этим на стадии проектирования заложить в проект мероприятия, обеспечивающие надлежащий контроль качества выполненных работ, достаточно затруднительно. Анализируя труды отечественных и зарубежных авторов об опыте применения различных методов, можно по аналогии со схожими инженерно-геологическими условиями и целями улучшения свойств грунтов назначить метод контроля качества закрепления. Но отсутствие данной регламентации в едином нормативном документе, способствующем в выборе метода оценки качества, значительно усложняет и замедляет работу проектных организаций [89].
Вместе с тем, нерационально выбранный метод контроля может привести к перерасходу инъецируемых материалов или, хуже того, к развитию в будущем неравномерности осадок, а, как следствие, появлению дефектов в здании. В связи с этим для строительных организаций, занимающихся проблемами сохранения зданий исторической застройки, развития транспортной и подземной инфраструктуры, отсутствие документа, регламентирующего контроль качества закрепления грунтов, является весьма актуальным вопросом.
Цель исследования. Актуальность рассматриваемой проблемы определила цель данного исследования - разработать методические положения и рекомендации по оценке качества выполненных работ по закреплению грунтового массива на основе отечественного и зарубежного опыта контроля качества, а также на основе положений действующей нормативно-технической литературы. При этом в рекомендациях следует установить зависимости между целями закрепления, контролируемыми параметрами и методами контроля.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:
- произвести анализ существующих в отечественной и мировой геотехнической практике методов закрепления грунтов для выявления наиболее перспективных;
- произвести анализ применимости наиболее перспективных методов инъекции грунтов для различных целей строительства и реконструкции в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга;
- произвести анализ положений нормативной технической документации в области контроля качества закрепления грунта;
- определить цели использования способа инъекции;
- выявить необходимые контролируемые параметры закрепленного массива в зависимости от целей использования способа инъекции;
- собрать и систематизировать информацию о существующих методах контроля качества закрепления с установлением их зависимостей от контролируемых параметров и целей использования способа инъекции;
- разработать методические положения и рекомендации по оценке качества выполненных работ по закреплению грунтового массива.
Поскольку данная тема исследования слишком обширная, то в качестве объекта исследования выбран контроль качества массива грунта, закрепленного при помощи струйной технологии. Данная технология является одной из наиболее перспективных геотехнологий закрепления грунтов в Санкт-Петербурге.
Предмет исследования - параметры созданного при помощи струйной технологии грунтоцементного массива, контролирование которых обеспечит надлежащее качество закрепления, а также методы и средства контроля данных параметров, выбор которых зависит от целей применения струйной технологии.
Теоретическая значимость работы заключается в установлении соответствия между методами оценки качества и целями применения струйной технологии и в определении параметров грунтоцементного массива, контролирование которых в зависимости от различных целей инъекции позволит обеспечить необходимое качество закрепления.
Практическая значимость исследования заключается в реализации предложенных положений в реальной деятельности по контролю качества грунтового массива, закрепленного с помощью струйной технологии. Это позволит на стадии проектирования назначить необходимые контролируемые параметры будущего грунтоцементного массива и подобрать эффективные методы оценки качества и однородности его закрепления.
Апробация работы. Постановка проблемы исследования докладывалась на 72-ой Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых университета СПбГАСУ («Актуальные проблемы современного строительства», Санкт-Петербург, 2019 г.).
Публикации. По теме выпускной квалификационной работе автором опубликовано 2 печатных работы, одна из которых помещена в национальную библиографическую базу данных РИНЦ. Работы опубликованы в следующих сборниках:
- Серия «Современное строительство»: сборник статей магистрантов и аспирантов. Вып. 2., ТОМ 2; СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2019 г.).
- Вопросы проектирования и устройства надземных и подземных конструкций зданий и сооружений: межвузовский тематический сборник трудов; СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2018 г.).
Вместе с тем, подземное строительство в Санкт-Петербурге осложнено неблагоприятными инженерно-геологическими условиями - значительная часть центра города сложена слабыми, водонасыщенными, тиксотропными грунтами, которые изменяют свои характеристики при различного рода воздействиях: от природных до техногенных [67]. В связи с этим при освоении подземного пространства возникает необходимость предварительного улучшения строительных свойств грунтов. Улучшение строительных свойств грунтов также требуется для усиления оснований исторических зданий, которые за время своей эксплуатации получили многочисленные трещины и повреждения в несущих конструкциях из-за неравномерности осадок. При строительстве метрополитена требуются мероприятия по снижению вредного влияния подземного строительства на земную поверхность.
Для решения этих задач используют различные методы закрепления грунтового массива, в т.ч. инъекционные, целью которых является изменение строительных свойств грунтов путем нагнетания в них различных жидких веществ. Широкое применение методов инъекции позволило расширить границы возможностей строительства и реконструкции в условиях плотной городской застройки, а также стало важным подспорьем для выведения исторических зданий и архитектурных памятников центральной части города из аварийного состояния. Применение некоторых технологий инъекции позволяет сооружать в грунтовых массивах различные грунтоцементные элементы: фундаменты, искусственные основания, ограждения котлованов, геотехнические барьеры, вертикальные и горизонтальные противофильтрационные завесы, распорные диафрагмы и т.д.
Производство работ по сооружению таких конструкций выполняется в условиях исключительной скрытости работ. Помимо этого, обеспечение надлежащего качества закрепления осложняется естественной неоднородностью грунтовой среды. Поэтому важным этапом устройства грунтоцементного массива является проверка соответствия его физико-механических характеристик требованиям проекта, а также проверка однородности закрепления. Проверку качества закрепления можно осуществлять различными методами контроля, выбор которых определяется способом закрепления грунтов, целями инъекции и необходимой точностью исследования грунтов.
При этом мероприятия по контролю качества работ по закреплению грунтов должны быть заложены в проект. Однако, в нормативной литературе вопросы оценки качества укрепления грунта не решены в полном объеме.
На данный момент времени основными нормативно-техническими документами, содержащими положения по контролю качества закрепленных различными способами инъекций грунтов, являются:
- СТО НОСТРОЙ 2.3.18-2011 Укрепление грунтов инъекционными методами в строительстве;
- СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*;
- СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87;
- СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;
- СП 291.1325800.2017 Конструкции грунтоцементные армированные. Правила проектирования;
- Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве (к СНиП 3.02.01-83).
В данных стандартах отсутствует регламентация методов контроля, а также номенклатура параметров, контролирование которых обеспечит необходимый уровень качества закрепления. Вопросы контроля качества инъекции грунтов в национальных нормативах освещены поверхностно, без какой-либо конкретики для различных способов инъекции.
В связи с этим на стадии проектирования заложить в проект мероприятия, обеспечивающие надлежащий контроль качества выполненных работ, достаточно затруднительно. Анализируя труды отечественных и зарубежных авторов об опыте применения различных методов, можно по аналогии со схожими инженерно-геологическими условиями и целями улучшения свойств грунтов назначить метод контроля качества закрепления. Но отсутствие данной регламентации в едином нормативном документе, способствующем в выборе метода оценки качества, значительно усложняет и замедляет работу проектных организаций [89].
Вместе с тем, нерационально выбранный метод контроля может привести к перерасходу инъецируемых материалов или, хуже того, к развитию в будущем неравномерности осадок, а, как следствие, появлению дефектов в здании. В связи с этим для строительных организаций, занимающихся проблемами сохранения зданий исторической застройки, развития транспортной и подземной инфраструктуры, отсутствие документа, регламентирующего контроль качества закрепления грунтов, является весьма актуальным вопросом.
Цель исследования. Актуальность рассматриваемой проблемы определила цель данного исследования - разработать методические положения и рекомендации по оценке качества выполненных работ по закреплению грунтового массива на основе отечественного и зарубежного опыта контроля качества, а также на основе положений действующей нормативно-технической литературы. При этом в рекомендациях следует установить зависимости между целями закрепления, контролируемыми параметрами и методами контроля.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:
- произвести анализ существующих в отечественной и мировой геотехнической практике методов закрепления грунтов для выявления наиболее перспективных;
- произвести анализ применимости наиболее перспективных методов инъекции грунтов для различных целей строительства и реконструкции в инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга;
- произвести анализ положений нормативной технической документации в области контроля качества закрепления грунта;
- определить цели использования способа инъекции;
- выявить необходимые контролируемые параметры закрепленного массива в зависимости от целей использования способа инъекции;
- собрать и систематизировать информацию о существующих методах контроля качества закрепления с установлением их зависимостей от контролируемых параметров и целей использования способа инъекции;
- разработать методические положения и рекомендации по оценке качества выполненных работ по закреплению грунтового массива.
Поскольку данная тема исследования слишком обширная, то в качестве объекта исследования выбран контроль качества массива грунта, закрепленного при помощи струйной технологии. Данная технология является одной из наиболее перспективных геотехнологий закрепления грунтов в Санкт-Петербурге.
Предмет исследования - параметры созданного при помощи струйной технологии грунтоцементного массива, контролирование которых обеспечит надлежащее качество закрепления, а также методы и средства контроля данных параметров, выбор которых зависит от целей применения струйной технологии.
Теоретическая значимость работы заключается в установлении соответствия между методами оценки качества и целями применения струйной технологии и в определении параметров грунтоцементного массива, контролирование которых в зависимости от различных целей инъекции позволит обеспечить необходимое качество закрепления.
Практическая значимость исследования заключается в реализации предложенных положений в реальной деятельности по контролю качества грунтового массива, закрепленного с помощью струйной технологии. Это позволит на стадии проектирования назначить необходимые контролируемые параметры будущего грунтоцементного массива и подобрать эффективные методы оценки качества и однородности его закрепления.
Апробация работы. Постановка проблемы исследования докладывалась на 72-ой Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых университета СПбГАСУ («Актуальные проблемы современного строительства», Санкт-Петербург, 2019 г.).
Публикации. По теме выпускной квалификационной работе автором опубликовано 2 печатных работы, одна из которых помещена в национальную библиографическую базу данных РИНЦ. Работы опубликованы в следующих сборниках:
- Серия «Современное строительство»: сборник статей магистрантов и аспирантов. Вып. 2., ТОМ 2; СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2019 г.).
- Вопросы проектирования и устройства надземных и подземных конструкций зданий и сооружений: межвузовский тематический сборник трудов; СПбГАСУ (Санкт-Петербург, 2018 г.).
Проведенный анализ отечественного и зарубежного опыта контроля качества закрепления грунтов с помощью струйной технологии, а также анализ положений нормативно-технической документации в области контроля качества закрепления грунтов позволили:
- выявить параметры ГЦЭ/ГЦМ, контролирование которых позволит обеспечить необходимое качество закрепления, и увязать данные параметры с целями использования струйной технологии;
- систематизировать накопленную информацию о применяемых МКК выполненных работ по закреплению грунтов с помощью струйной технологии;
- установить зависимости между МКК и контролируемыми
параметрами, между МКК и целями использования струйной технологии.
На основе проведенного анализа и накопленной информации разработаны Рекомендации по оценке качества устройства грунтоцементного массива с помощью струйной технологии. Предложенные положения Рекомендаций заполняют пробелы в нормативных документах в области контроля качества закрепления грунтов методом струйной цементации, а также позволяют на стадии проектирования назначить необходимые контролируемые параметры устраиваемого ГЦМ и подобрать эффективные МКК выполненных работ по закреплению. Соблюдение положений разработанных Рекомендаций позволит обеспечить необходимое качество закрепления грунтового массива.
- выявить параметры ГЦЭ/ГЦМ, контролирование которых позволит обеспечить необходимое качество закрепления, и увязать данные параметры с целями использования струйной технологии;
- систематизировать накопленную информацию о применяемых МКК выполненных работ по закреплению грунтов с помощью струйной технологии;
- установить зависимости между МКК и контролируемыми
параметрами, между МКК и целями использования струйной технологии.
На основе проведенного анализа и накопленной информации разработаны Рекомендации по оценке качества устройства грунтоцементного массива с помощью струйной технологии. Предложенные положения Рекомендаций заполняют пробелы в нормативных документах в области контроля качества закрепления грунтов методом струйной цементации, а также позволяют на стадии проектирования назначить необходимые контролируемые параметры устраиваемого ГЦМ и подобрать эффективные МКК выполненных работ по закреплению. Соблюдение положений разработанных Рекомендаций позволит обеспечить необходимое качество закрепления грунтового массива.