ВКР Шилин (Разработка методики и технических решений по повышению несущей способности опор ВЛ СЦБ в слабых грунтах), страница 6

В целях снижения сил смерзания между грунтом и материалом фундамента рекомендуется обмазывать поверхность фундамента непрочно – смерзающимися материалами, например битумной мастикой (приготовленной из золы уноса ТЭЦ – четыре части, битума МТЗ – три части и солярного масла – одна часть по объему). Обмазка фундамента должна производиться от его подошвы до планировочной отметки в два слоя: первый тонкий с тщательной притиркой, второй толщиной в 8 – 10 мм [10].

Также значения силы морозного пучения можно уменьшить, применяя обмазку фундамента некоторыми другими материалами. Для физико-химической обработки поверхности фундамента в целях уменьшения касательных сил рекомендуется применять следующие реагенты и материалы:

а) углеводородные пластичные (консистентные) смазки БАМ-3 и БАМ-4 по ТУ 38-101682-77;

б) кремнеорганическая эмаль КО-1112 по ТУ 6-15-602-71, КО-174 по ТУ П-93-67;

в) нитроэмали по ГОСТ 10354-73;

г) полиэтиленовая пленка по ГОСТ 9198-76;

д) пластикат поливинилхлоридный по ТУ 6-05-УССР-061-36-75.

Смазка БАМ-3 и БАМ-4 имеют назначение снизить или вовсе устранить промерзание грунта и тем самым существенно уменьшить касательные силы выпучивания фундаментов. Например смазка БАМ-4 предназначена для обработки фундаментов мостов и труб с целью снижения касательных сил выпучивания на всё время эксплуатации, что позволит получить значительный эффект применив ее к фундаменту опоры. Смазки БАМ-3 и БАМ-4 не токсичны, не дефицитны, весьма технологичны [10].

Для того чтобы смазка не впитывалась в материал фундаментов, их поверхность предварительно покрывается веществами, которые образуют пленку, закрывающую поры в бетоне (грунтовка). Рекомендуются следующие грунтовки: кремнеорганическая эмаль КО-1112, нитроэмаль. Эмаль обладает высокой атмосферостойкостью и водостойкостью. Наносить ее можно при плюсовых и минусовых температурах [10].

Что бы смазка, находящаяся на поверхности фундамента, не впитывалась в грунт, а также, что бы при засыпке она не удалялась грунтом, смазанная поверхность фундамента может быть покрыта полиэтиленовой пленкой или рубероидом.

Для уменьшения значений касательных сил морозного пучения может быть применено покрытие поверхности опор с зоне сезонного промерзания грунтов полимерной плёнкой. Экспериментальная проверка в полевых условиях показала эффект снижения касательных сил морозного пучения грунтов от применения полимерных плёнок от 2,5 до 8 раз [10].

Покрытие, представляющее собой оболочку, состоящую из нескольких чередующихся слоев гибкой пленки или рубероида и незамерзающей пластичной смазки. Смазка для устройства многослойной противопучинной оболочки должна быть маслянистой, то есть обладать достаточным смазочным действием в условиях граничного трения пленки по пленке; сохраняя свойства при отрицательной температуре, быть долговечной и не растворять пленку.

Из известных смазок в большей мере этим требованиям удовлетворяет солидол С (ГОСТ 4366-64) и смазка ЦИАТИМ-201 (ГОСТ 6267-59).

Противопучинная оболочка может состоять из двух-четырех слоев пленки и, соответственно, из одного – трех слоев смазки.

3.3 Расчет мероприятий применяемых для повышения устойчивости опор

3.3.1 Расчет снижения сил морозного пучения при применении теплоизоляционных материалов

Одним из эффективных противопучинных мероприятий для опор автоблокировки являются теплоизоляционные подсыпки. Как говорилось ранее, в качестве теплоизолирующего материала используют шлак или керамзит, которые имеют коэффициент температуропроводности 1,4 – 1,5 . Но наиболее современным и эффективным решением является применение в качестве теплоизолирующего материала пластин из пенополистирола «Пеноплэкс-45», которые в настоящее время широко применяются в дорожном строительстве. Его основное преимущество состоит в очень низком коэффициенте температуропроводности. Так же этот материал обладает минимальным водопоглощением, высокой прочностью на сжатие, морозостойкостью и полностью экологичен.

Толщина теплоизоляционного слоя или высота подсыпки, необходимая для частичной или полной защиты грунта от промерзания при однородном утеплителе, определяется по формуле, м:

263Equation Section (Next)27327\* MERGEFORMAT (.)

где – расчетная глубина промерзания грунта, м; – допустимая глубина промерзания грунта под теплоизолирующей подсыпкой, м; – коэффициент температуропроводности материала теплоизолирующей подсыпки, для керамзита , для «Пеноплэкс-45» [10]; – коэффициент температуропроводности предохраняемого от промерзания грунта, принимаем 1,8; 2; 2,2 соответственно для сильнопучинистых, среднепучинистых и слабопучинистых грунтов [10].

Пример расчёта для сильнопучинистых грунтов с применением плит «Пеноплэкс-45»:

Из выражения следует, что для уменьшения глубины промерзания грунта на заданном участке до 1 м, достаточно использовать плиты «Пеноплэкс-45» толщиной 0,175 м.

В случае уменьшения глубины промерзания, после проведения противопучинных мероприятий, нижний уровень глубины промерзания грунта будет находиться выше, чем уровень подошвы фундамента опоры. Это значит, что под подошвой фундамента находится талый грунт, а нормальные к подошве фундамента силы морозного пучения отсутствуют. Появляются силы удерживающие фундамент от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, расположенный ниже глубины промерзания. Расчёт сил пучения в данном случае производиться по формуле 2.31.

Пример расчёта для заданного участка, при сильнопучинистом грунте и глубине промерзания 1 м:

;

.

Условие не выполняется, из этого следует, что применение теплоизолирующих пластин толщиной 0,175 м, уменьшает высоту промерзания грунта до 1 м, тем самым снижая величину сил выпучивания опоры, но в связи с малой площадью заглубленной части опоры, эти силы остаются значительными. В этом случае необходимо либо увеличивать высоту теплоизоляционных плит, либо применять дополнительные меры для противодействия силам морозного пучения.

Результаты расчёта снижения глубины промерзания грунта и сил морозного пучения при применении теплоизолирующих плит различной толщины, представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Силы морозного пучения в зависимости от типа грунта и толщины теплоизолирующего слоя, кгс

Из расчётов видно, что применение теплоизолирующих плит «Пеноплэкс-45» является эффективным мероприятием против потери устойчивости опор вследствие их морозного выпучивания. Применение этой технологии позволяет значительно уменьшить глубину промерзания грунта, в связи с чем снижаются силы пучения и увеличиваются силы противодействия пучению за счёт увеличения трения опоры о талый грунт. Применение плит «Пеноплэкс-45» толщиной 0,35 м на заданном участке позволяет полностью исключить морозное выпучивание опор в любом типе грунта в зависимости от степени морозной пучинистости.

3.3.2 Разработка метода повышения устойчивости опоры в слабых грунтах и болотистой местности

Ранее было отмечено, что одним из методов уменьшения сил морозного пучения может служить увеличение веса конструкции стойки опоры, рассмотрим его подробнее.

Для увеличения веса конструкции стойки опоры предлагается устанавливать в её основании стеновые железобетонные кольца, заводского исполнения, характеристики предлагаемых к применению колец представлены в таблице 3.2.

Стеновые кольца обладают высокой долговечностью и прочностью. Конструкцию железобетонных колец следует изготавливать в соответствии с ГОСТ 8020-90 и технологической документацией, утвержденной предприятием-изготовителем, а так же по рабочим чертежам серии 3.003.1-1/87 и 3.900.1-14.

Таблица 3.2 – Основные характеристики стеновых железобетонных колец

Заполнить полость между кольцом и опорой предлагается гранитным щебнем. Сверху конструкции насыпаем банкетку из шлака высотой 10 см и покрываем ее цементным раствором.

Гранитный щебень – это щебень из твердой горной породы зернистого строения, которая является самой распространенной на земле. Гранитная скала представляет собой магму, выброшенную на поверхность земли и затвердевшую, состоящую из хорошо сформированных кристаллов полевого шпата, кварца, слюды и т.д. Гранитный щебень производится путем добычи в карьере горной породы, которую затем путем «грохочения» (способ дробления гранита) перерабатывают в щебень, который далее просеивается по фракциям. Это последний этап производства щебня.

Рисунок 3.1 – Внешний

вид железобетонного кольца

Щебень относится к нерудным строительным материалам. Нерудные материалы – материалы минерального происхождения, применяемые в строительстве в естественном виде, без выделения из них отдельных минералов.

По техническим характеристикам гранитный щебень является прочным (марка 800 – 1200) и высокопрочным (марка 1400 – 1600), морозостойким (марка 300 – 400), с низкой лещадностью (5 – 23 %) и 1 классом радионуклидности (А (эф) < 370 Бк/кг). Показатели содержания радионуклидов, вредных компонентов и примесей отсутствуют или не превышают нормы, что подтверждается соответствующими сертификатами и заключениями, выдаваемыми после проведения исследований.

Основными свойствами щебня из природных каменных материалов являются: активность естественных радионуклидов (радиоактивность), прочность, морозостойкость, истинная, средняя и насыпная плотности, водопоглощение и водонасыщение, зерновой состав и форма зерен.

По крупности щебень разделяют на фракции. Фракция – это максимально допустимый размер отдельно взятого камня (зерна). Разделяют основные и сопутствующие фракции щебня. К основным фракциям относятся: 5 – 10 мм, 5 – 20 мм, 10 – 20 мм, 20 – 40 мм, 20 – 65 мм, 25 – 60 мм, 40 – 70 мм. К сопутствующим фракциям относятся: 0 – 2 мм, 0 – 5 мм, 0 – 15 мм, 0 – 20 мм, 0 – 40 мм, 0 – 60 мм, 2 – 5 мм. Наибольшим спросом на рынке пользуется гранитный щебень фракции 5 – 20 мм, реже 5 – 15 мм, применяющийся в производстве асфальта, бетона и железобетонных конструкций. Щебень гранитный фракций 20 – 40 мм, 20 – 65 мм, 25 – 60 мм, 40 – 70 мм так же пользуется устойчивым спросом, и применяется в строительстве и ремонте. Выбираем для применения в нашей технологии гранитный щебень фракции 10 – 20 мм, объем одного камня в среднем равен 0,041 м³.