Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю

Наведено результати експериментальних досліджень міцності нової конструкції вертикального дренажу з використанням фільтра з волокнисто-пористого поліпропілену. Дренаж пропонується облаштовувати у складі огорожі глибоких котлованів при будівництві високих будівель. Конструкція дрени спирається на зал...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Бугай, М.Г., Кривоног, О.І., Дворнік, С.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут гідромеханіки НАН України 2010
Schriftenreihe:	Прикладна гідромеханіка
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87731
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю / М.Г. Бугай, О.І. Кривоног, С.О. Дворнік // Прикладна гідромеханіка. — 2010. — Т. 12, № 2. — С. 20-30. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-87731
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-877312015-10-25T03:02:13Z Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю Бугай, М.Г. Кривоног, О.І. Дворнік, С.О. Наведено результати експериментальних досліджень міцності нової конструкції вертикального дренажу з використанням фільтра з волокнисто-пористого поліпропілену. Дренаж пропонується облаштовувати у складі огорожі глибоких котлованів при будівництві високих будівель. Конструкція дрени спирається на залізобетонні палі огорожі і складається з перфорованої ПВХ труби, обсипки з щебеню або гальки та безшовного кожуха-фільтра з волокнистого поліпропілену. Досліджено фрагмент дрени діаметром 500 мм, яка спирається на залізобетонні палі діаметром 800 мм в масштабі 1:1 при тиску на дрену до 2 кг/см², що відповідає максимальному тиску при глибині котловану до 22 м. Отримано конкретні рекомендації по конструкції та розташуванню дрени, міцність якої буде забезпечена. Приведены результаты экспериментальных исследований прочности новой конструкции вертикального дренажа с использованием фильтра из волокнисто-пористого полипропилена. Дренаж предлагается устроить в составе ограждения глубоких котлованов при строительстве высотных зданий. Конструкция дрены опирается на железобетонные сваи ограждения и состоит из перфорированной ПВХ трубы, обсыпки из щебня или гальки и бесшовного кожуха-фильтра из волокнистого полипропилена. Исследован фрагмент дрены диаметром 500 мм, которая опирается на железобетонные сваи диаметром 800 мм в масштабе 1:1 при давлении на дрену до 2 кг/см², что соответствует максимальному давлению при глубине котлована до 22 м. Получены конкретные рекомендации по конструкции и размещению дрены, прочность которой будет обеспечена. The outcomes of experimental studies of hardness of a new construction of vertical drain with usage of the screen from a fibrous-porous polypropylene are reduced. It is offered to arrange drain in makeup of a curbing of deep foundation pits at building altitude buildings. The construction drain rests on reinforced-concrete piles of a curbing and consists from perforated PVC of a tube, cushioning layer of breakstone or shingle and jointless housing--screen from a filamentary polypropylene. The piece drain a diameter of 500 mm is studied, which one rests on reinforced-concrete piles a diameter of 800 mm to scale 1:1 at stress on drain up to 2 kg/sm², that will match to maximal stress at depth of foundation pit up to 22 m. The concrete guidelines on a construction and allocation drain are obtained,the hardness will be provided with which one. 2010 Article Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю / М.Г. Бугай, О.І. Кривоног, С.О. Дворнік // Прикладна гідромеханіка. — 2010. — Т. 12, № 2. — С. 20-30. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1561-9087 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87731 624.21.095 uk Прикладна гідромеханіка Інститут гідромеханіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Наведено результати експериментальних досліджень міцності нової конструкції вертикального дренажу з використанням фільтра з волокнисто-пористого поліпропілену. Дренаж пропонується облаштовувати у складі огорожі глибоких котлованів при будівництві високих будівель. Конструкція дрени спирається на залізобетонні палі огорожі і складається з перфорованої ПВХ труби, обсипки з щебеню або гальки та безшовного кожуха-фільтра з волокнистого поліпропілену. Досліджено фрагмент дрени діаметром 500 мм, яка спирається на залізобетонні палі діаметром 800 мм в масштабі 1:1 при тиску на дрену до 2 кг/см², що відповідає максимальному тиску при глибині котловану до 22 м. Отримано конкретні рекомендації по конструкції та розташуванню дрени, міцність якої буде забезпечена.
format	Article
author	Бугай, М.Г. Кривоног, О.І. Дворнік, С.О.
spellingShingle	Бугай, М.Г. Кривоног, О.І. Дворнік, С.О. Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю Прикладна гідромеханіка
author_facet	Бугай, М.Г. Кривоног, О.І. Дворнік, С.О.
author_sort	Бугай, М.Г.
title	Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю
title_short	Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю
title_full	Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю
title_fullStr	Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю
title_full_unstemmed	Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю
title_sort	дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю
publisher	Інститут гідромеханіки НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87731
citation_txt	Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю / М.Г. Бугай, О.І. Кривоног, С.О. Дворнік // Прикладна гідромеханіка. — 2010. — Т. 12, № 2. — С. 20-30. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.
series	Прикладна гідромеханіка
work_keys_str_mv	AT bugajmg doslídžennâmícnostíkonstrukcíívertikalʹnogodrenažuzvikoristannâmgeotekstilû AT krivonogoí doslídžennâmícnostíkonstrukcíívertikalʹnogodrenažuzvikoristannâmgeotekstilû AT dvorníkso doslídžennâmícnostíkonstrukcíívertikalʹnogodrenažuzvikoristannâmgeotekstilû
first_indexed	2025-07-06T15:24:53Z
last_indexed	2025-07-06T15:24:53Z
_version_	1836911684213538816
fulltext	ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 УДК 624.21.095 ДОСЛIДЖЕННЯ МIЦНОСТI КОНСТРУКЦIЇ ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНАЖУ З ВИКОРИСТАННЯМ ГЕОТЕКСТИЛЮ М. Г. Б УГ А Й∗, О. I. К РИ В ОН О Г∗ С. О. Д В О РН IК∗∗ ∗Iнститут гiдромеханiки НАН України, Київ, ∗∗СП “Основа-Солсiф” , Київ Получено 20.06.2009 Наведено результати експериментальних дослiджень мiцностi нової конструкцiї вертикального дренажу з вико- ристанням фiльтра з волокнисто-пористого полiпропiлену. Дренаж пропонується облаштовувати у складi огорожi глибоких котлованiв при будiвництвi високих будiвель. Конструкцiя дрени спирається на залiзобетоннi палi огорожi i складається з перфорованої ПВХ труби, обсипки з щебеню або гальки та безшовного кожуха–фiльтра з волокни- стого полiпропiлену. Дослiджено фрагмент дрени дiаметром 500 мм, яка спирається на залiзобетоннi палi дiаметром 800 мм в масштабi 1:1 при тиску на дрену до 2 кг/см2, що вiдповiдає максимальному тиску при глибинi котловану до 22 м. Отримано конкретнi рекомендацiї по конструкцiї та розташуванню дрени, мiцнiсть якої буде забезпечена. Приведены результаты экспериментальных исследований прочности новой конструкции вертикального дренажа с использованием фильтра из волокнисто-пористого полипропилена. Дренаж предлагается устроить в составе огра- ждения глубоких котлованов при строительстве высотных зданий. Конструкция дрены опирается на железобетон- ные сваи ограждения и состоит из перфорированной ПВХ трубы, обсыпки из щебня или гальки и бесшовного кожуха–фильтра из волокнистого полипропилена. Исследован фрагмент дрены диаметром 500 мм, которая опирае- тся на железобетонные сваи диаметром 800 мм в масштабе 1:1 при давлении на дрену до 2 кг/см2, что соответствует максимальному давлению при глубине котлована до 22 м. Получены конкретные рекомендации по конструкции и размещению дрены, прочность которой будет обеспечена. The outcomes of experimental studies of hardness of a new construction of vertical drain with usage of the screen from a fibrous–porous polypropylene are reduced. It is offered to arrange drain in makeup of a curbing of deep foundation pits at building altitude buildings. The construction drain rests on reinforced-concrete piles of a curbing and consists from perforated PVC of a tube, cushioning layer of breakstone or shingle and jointless housing–screen from a filamentary polypropylene. The piece drain a diameter of 500 mm is studied, which one rests on reinforced-concrete piles a diameter of 800 mm to scale 1:1 at stress on drain up to 2 kg/sm2, that will match to maximal stress at depth of foundation pit up to 22 m. The concrete guidelines on a construction and allocation drain are obtained, the hardness will be provided with which one. ВСТУП Останнiм часом будiвництво в мiстах України про- водиться з максимальним використанням пiдзем- ного простору для влаштування комплексiв рiзно- го призначення, гаражiв, паркингiв та iн. При цьо- му таке будiвництво проводиться в межах забудо- ваних територiй поблизу старих будинкiв, архiте- ктурних пам’яток, високих сусiднiх будiвель, то- що. Виїмки часто влаштовуються в пiднiжжi схи- лiв, що впливає на стiйкiсть прилеглих територiй. Виїмки котлованiв мають глибину до 15 i бiль- ше метрiв, заглиблюються нижче рiвня ґрунтових вод, змiнюючи їхнiй режим i викликаючи значнi змiни в напружено-деформованому станi будинкiв i споруд прилеглої забудови. Огорожi котлованiв у бiльшостi споруджуються iз залiзобетонних паль дiаметром 0.80 м з вiдстан- ню в осях через 1.0 – 1.2 м. Просвiт мiж палями за- повнюється ґрунтоцементними палями (джетами). Дно котловану може дренуватися по всiй площi з органiзацiєю водовiдливу. Виїмка котловану при цьому проводиться без попереднього водознижен- ня. Вважається, що при наявностi ґрунтових вод бiля стiнки, що огороджує котлован, дренування буде вiдбуватися за рахунок нещiльного примика- ння джетiв до залiзобетонних паль i додатково- го перфорування ґрунтоцементних паль у проце- сi облицювання стiнки котловану залiзобетонни- ми плитами. При цьому простiр мiж плитою i за- лiзобетонними палями заповнюється волокнистим фiльтром, що притискається до поверхнi паль i джетiв спецiальними притисками. У дiйсностi при такiй технологiї виникає проблема суфозiйного ви- носу ґрунту в котлован. Щоб покращити роботу огорожi котлованiв, на наш погляд, будiвництво необхiдно вести з попе- реднiм водозниженням. Для цього замiсть деяких джетiв улаштувати дренаж з примусовим водовiд- ливом на перiод будiвництва котловану. В подаль- шому вертикальний дренаж з’єднати з пластовим дренажем дна котловану, а водовiдлив вiдключи- ти. Кiлькiсть свердловин вертикального дренажу i розташування їх у планi визначається фiльтрацiй- ним розрахунком у кожному конкретному випад- 20 c© М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк, 2010 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 ку з врахуванням геологiчних i гiдрогеологiчних умов. Простiр мiж залiзобетонними плитами обли- цювання i палями треба захистити волокнистим фiльтром з полiмерних волокон i заповнити гравi- єм або щебенем d = 10 – 20 мм (рис. 1). Рис. 1. Схема конструкцiї захисного фiльтру мiж палями i джетами 1. КОНСТРУКЦIЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНАЖУ Дослiджувались два типи конструкцiї фiльтра вертикального дренажу: тип I i тип II. Тип I – поперечний перерiз фiльтра верти- кального дренажу складається з перфорованої пластмасової ПВХ труби зовнiшнiм дiаметром 225 мм, товщиною стiнки 10 мм, обсипки з гра- вiю або щебеню d = 10 – 20 мм i кожуха з волокнисто-пористого полiпропiлену зовнiшнiм дi- аметром 50 см i товщиною δ = 10 – 15 мм, дiаметр елементарних волокон dе.в = 120 – 300 мкм. Пер- форацiя ПВХ труби – поздовжнi щiлини 8×15 мм через 10 – 15 мм по периметру труби, ступiнь пер- форацiї – 20 %. Тип II – поперечний перерiз фiльтра складає- ться з перфорованої ПВХ труби дiаметром 400 мм, товщиною стiнки 15 мм, перфорацiя – отвори дiа- метром 20 мм, ступiнь перфорацiї – 11.2 %. Фiльтр – безшовний кожух з волокнисто-пористого полi- пропiлену товщиною ∼ 20 мм. Фiльтр двошаровий – зовнiшнiй шар товщиною ∼ 5 мм складається з волокон dе.в = 80 – 120 мкм, внутрiшнiй шар товщиною ∼ 15 мм складається з волокон dе.в = = 200 – 500 мкм. Фiльтр утворюється на поверхнi труби в заводських умовах методом пневмоекстру- зiї. Мета дослiджень – визначити мiцнiсть запропо- нованої конструкцiї дрени в залежностi вiд вiд- станi мiж залiзобетонними палями, враховуючи технологiю будiвництва котловану i максимально можливий тиск на дрену при будiвництвi котлова- ну глибиною до 22 м. Вважємо, що вертикальний дренаж буде працю- вати як несучий елемент у складi конструкцiї ого- рожi котловану. Тиск ґрунту на конструкцiю елементiв огорожi котлованiв визначимо по залежностi, яка наведена в [1]: q1 = γ h ξ = γ h · tg2 ( 45− ϕ 2 ) . Тиск води визначимо за формулою q2 = γв hв(1 − ψ ξ), де ξ = tg2(45 − ϕ/2); h – глибина котловану; hв – глибина ґрунтової води перед огорожею котлова- ну; γ – щiльнiсть ґрунту; γв – щiльнiсть води; ϕ – кут внутрiшнього тертя ґрунту; ψ = 1 – n; n – пористiсть ґрунту. В таблицi 1 приведенi результати розрахунку q1 i q2 для умов, коли котлован будується в пiску при ϕ = 30◦, n = 0.3, γ = 1.8 т/м3. Табл 1. Результати розрахунку q1 i q2 h, q1, hв, q2, q1 + q2, м кг/см2 м кг/см2 кг/см2 5 0.30 5 0.38 0.68 7.5 0.45 7.5 0.57 1.02 10 0.61 10 0.70 1.31 15 0.91 15 1.15 2.06 20 1.20 20 1.53 2.73 25 1.48 25 1.92 3.40 На рис. 2 показано схему конструкцiї вертикаль- ного дренажу, який опирається на залiзобетоннi палi. Для цiєї схеми (при q = 0) вiдстань мiж па- лями L i Lo можна визначити за залежностями, якi отриманi в результатi елементарних перетво- рень: L = 2(r1 + r2)(r1 − ∆) r1 , Lo = L− 2r1. В таблицi 2 при r1 = 800 : 2 = 400 мм i r2 = = 500 : 2 = 250 мм наведенi значення L i Lo в залежностi вiд ∆. Вiдповiдно технологiї будiвництва котловану, можуть бути три розрахунковi випадки для визна- чення мiцностi вертикального дренажу (рис. 3). М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк 21 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 Рис. 2. Розрахункова схема для визначення ∆: 1 – вертикальний дренаж; 2 – залiзобетоннi палi Табл 2. Значення L i Lo в залежностi вiд ∆ ∆, L, Lo, мм мм мм 30 1200 400 40 1170 370 50 1140 340 60 1110 310 70 1070 270 80 1040 240 З рис. 3 видно, що найбiльш небезпечним для мiцностi конструкцiї дрени є випадок 2, коли нор- мальна робота дрени буде залежати не тiльки вiд характеристик мiцностi кожуха, обсипки та ПВХ труби, але й вiд ∆, яке зменшується при збiльшен- нi q. 2. ТЕОРЕТИЧНI ДОСЛIДЖЕННЯ. МОДЕ- ЛЮВАННЯ РОБОТИ ДРЕНАЖУ З ВИКО- РИСТАННЯМ ПЕОМ Моделювання роботи дренажу в конструкцiї ого- рожi котловану виконано для нижньої частини ко- тловану, де фiльтр розташовано в межах шару пi- ску. Боковий тиск ґрунту вiд ваги розташованих вище шарiв задається у верхнiй частинi моделi рiвномiрно-розподiленим навантаженням. Дослiдження роботи фiльтру виконано для окремої частки – одного фiльтру, який розташова- но мiж двома буронабивними палями. Вид моде- лi з розбивкою на кiнцевi елементи за програмою "P laxis"показано на рис. 4. Зовнiшнiй дiаметр фiльтру прийнято 500 мм. Моделювання виконувалось для трьох вiдстаней Lo мiж буронабивними палями – 300, 350 i 400 мм. Рис. 3. Розрахунковi випадки на мiцнiсть вертикального дренажу: а – розрахунковий випадок 1; б – розрахунковий випадок 2; в – розрахунковий випадок 3 На рисунках 5 – 8 наведенi результати моде- лювання на ПЕОМ роботи фiльтру, коли кон- струкцiя фiльтру задавалась елементом сiтка (Grid). При такiй постановцi задачi пружно- деформований стан фiльтру визначається бiльш коректно i вiддзеркалює фiзичну сутнiсть роботи конструкцiї в ґрунтi на контактi фiльтр–паля. Роз- рахунки на ПEОМ проведенi для конструкцiї ло- тка, на якому виконувалось моделювання роботи фiльтру у лабораторних умовах. Результати моделювання наведенi для наванта- ження, що передається ґрунтом на фiльтр i до- рiвнює 200 кН/м2. При цьому на рисунках показа- нi величини вертикальних деформацiй, вертикаль- них i дотичних напруг у моделi, перемiщень i зу- силь у фiльтрi та перфорованiй трубi. Моделюва- ння проводилось як для умов наявностi грунту на дiлянцi мiж котлованом i фiльтром, так i без ньо- 22 М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 Рис. 4. Вид моделi фiльтру: 1 – буронабивнi палi; 2 – фiльтрова оболонка з полiмерних волокон; 3 – гравiй дiаметром 10 – 20 мм; 4 – перфорована труба з непластифiкованого полiвiнiлхлориду го. Данi моделювання наведенi вибiрково. На рис. 5 – 8 представленi результати для випадку, коли облицовочна плита i грунт промiж фiльтром i пли- тою вiдсутнi. Спiвставлення розрахункових i експерименталь- них величин проведено по даним перемiщень. Зна- чення величин, якi вимiрювались, i розрахованих на ПЕОМ рiзняться в межах 10 %. Рис. 5. Епюри вертикальних перемiщень (а) i згинальних моментiв (б) у дренажнiй трубi 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА I МЕТОДИКА ДОСЛIДЖЕНЬ Випробування на мiцнiсть конструкцiї дрени про- водилось для фрагменту дрени довжиною 0.5 м в спецiальному ґрунтовому лотку 1×1×0.5 м в мас- штабi 1:1, запроектованому i виготовленому у вiд- дiлi гiдродинамiки гiдротехнiчних споруд Iнститу- ту гiдромеханiки НАН України. На рис. 9 показано загальний вигляд установки Рис. 6. Епюри вертикальних перемiщень (а) i розтягуючих зусиль у фiльтрi (б) Рис. 7. Характер розподiлу вертикальних перемiщень у перерiзу моделi (а) та безшовний кожух експериментальних фiль- трiв (б), на рис. 10 – поперечний розрiз моделi. Одна з бокових сторiн лотка зроблена з органi- чного скла товщиною 20 мм. На внутрiшнiй сторо- нi стiнки з органiчного скла нанесена координатна сiтка. В серединi перфорованої ПВХ труби вмон- тованi iндикатори перемiщення Д1 i Д2. Як ґрунт моделi використовували сухий пiсок дрiбнозернистий. Як обсипку перфорованої ПВХ труби – керамзит фракцiї d = 10–20 мм (обкатанi часточки) та щебiнь d = 10 – 20 мм (гострокутнi часточки). Тиск на грунт моделi змiнювали вiд 0 до 2 кг/см2, що вiдповiдає максимальному тиску на фiльтр вертикальної дрени на глибинi 15 м при повному водонасиченнi ґрунту. Деформацiя поперечного перерiзу моделi фiксу- валась цифровою фотокамерою. Дослiди проводились для розрахункового ви- падку 2 i розрахункового випадку 3. При обробцi фотознiмкiв фiксували такi вели- чини (рис. 11): М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк 23 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 Рис. 8. Характер розподiлу вертикальних напруг у перерiзу моделi Рис. 9. Загальний вигляд установки (а) i безшовний кожух експериментальних фiльтрiв (б) – дiаметри Dx i Dy по внутрiшньому контуру кожуха; – дiаметри D1 i D2 по внутрiшньому контуру кожуха; – дiаметри dx i dy по внутрiшньому контуру ПВХ труби; Рис. 10. Поперечний розрiз моделi – положення кожуха h1 i ПВХ труби h2 по зов- нiшньому контуру вiдносно лiнiї мiж центрами за- лiзобетонних паль; – значення ∆1 i ∆2; – ширина смужки контактiв K1 i K2 кожуха з поверхнею залiзобетонної палi b1 i b2; – довжина дуг по середнiй лiнiї кожуха ∪K1A, ∪AK 2 i ∪K1BK 2; – змiщення кожуха S1 i S2 вiдносно контактiв K1 i K2 на поверхнi залiзобетонних паль. Рис. 11. Схема експериментальної установки Зазначенi вище параметри при змiнi Lo i q = = 0 – 2 кг/см2, а також вiзуальне обстеження ко- жуху i ПВХ труби пiсля дослiду дозволять зроби- 24 М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 ти висновок про мiцнiсть кожуха i всiєї конструкцiї вертикальної дрени. 4. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛIДЖЕНЬ КОНСТРУКЦIЇ ВЕРТИ- КАЛЬНОГО ДРЕНАЖУ, ТИП I На рис. 12 для прикладу розмiщено фотографiї поперечного перерiзу дрени при q = 0 (а) i q = = 2 кг/см2 (б) для дослiду № 26. З рис. 12 видно, що при збiльшеннi навантаження q кожух змiщу- ється на S1 i S2 вiдносно контактiв K1 i K2 на поверхнi залiзобетонних паль при q = 0. Рис. 12. Поперечний перерiз дрени при q = 0 кг/см2 (а) i q = 2.0 кг/см2 (б) Крiм того, в дослiдi № 26 при q = 0 на кожусi i прилеглiй частцi щебеню була нанесена позначка 2. З рис. 12 (б) видно, що при q = 2 кг/см2 змiще- ння кожуха вiдносно захисного фiльтру з щебеню не зафiксовано. При зростаннi q перфорована ПВХ труба дефор- мується. При цьому змiнюються dx i dy. Але, як по- казав аналiз методичних дослiдiв № 1 i № 2, цi де- формацiї незначнi i близькi до точностi вимiрюва- ння лiнiйних розмiрiв на фотографiях (∼ ±3 мм). Тому, починаючи з дослiду № 3, в ПВХ труби бу- ли вмонтованi датчики Д1 i Д2 для вимiрювання деформацiї труби. Дослiди були проведенi для двох розрахункових випадкiв 2 i 3, якi видiленi нами ранiше. У випад- ку 2 простiр мiж кожухом на дiлянцi мiж опорами K1 i K2 не заповнено захисним фiльтром, у випад- ку 3 – заповнено захисним фiльтром з щебеню або керамзиту. Дослiди проведенi при товщинi кожуха δ = 10 мм i δ = 15 мм. Деформацiя перфорованої ПВХ труби Пiд час збiльшення навантаження на модель ПВХ труба деформується i перемiщується в бiк за- лiзобетонних паль. Для визначення перемiщення ПВХ труби фiксу- вались величини h2. На рис. 13 наведенi експериментальнi залежно- стi ∆h2 = f(q), де ∆h2 – змiна h2 в порiвняннi з h2 при q = 0. Видно, що для розрахункового випад- ку 2 змiщення ПВХ труби бiльше, нiж для розра- хункового випадку 3. Цi результати можуть бути використанi при оцiнцi мiцностi конструкцiї дрени в цiлому. Рис. 13. Експериментальнi залежностi ∆h2 = f(q) для розрахункових випадкiв 2 (а) i 3 (б) з обсипкою ПВХ труби щебенем d = 10 – 20 мм при δ = 10 мм: • – Lo = 300 мм, + – Lo = 320 мм, × – Lo = 350 мм, 4 – Lo = 370 мм; та при δ = 15 мм: ◦ – Lo = 300 мм, � – Lo = 320 мм, - – Lo = 350 мм, N – Lo = 370 мм Деформацiю ПВХ труби в залежностi вiд q i Lо можна визначити, використовуючи експери- ментальнi залежностi dx = f(q) i dy = f(q) (рис. М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк 25 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 Рис. 14. Експериментальнi залежностi dx = f(q) (а) i dy = f(q) (б) для розрахункового випадку 2 з обсипкою ПВХ труби щебенем i товщиною кожуха δ = 15 мм: × – Lo = 260 мм, • – Lo = 300 мм, + – Lo = 320 мм, ◦ – Lo = 350 мм, 4 – Lo = 370 мм 14). З рис. 14 видно, що при збiльшеннi тиску dx зменшується, а dy збiльшується. Деформацiї ПВХ труби по dx незначнi i не пе- ревищують 10 мм, а по dy не перевищують 14 мм i при зовнiшньому дiаметрi труби 225 мм склада- ють не бiльше 6.2 %, що допустимо для труб з пружно-пластичних матерiалiв [2, 3]. Максимальнi деформацiї ПВХ труби, зафiксо- ванi датчиками, не перевищують 6 мм, тому де- формацiї ПВХ труби по dx i dy (рис. 14) слiд роз- глядати як максимально можливi. При вiзуальному оглядi труби пiсля багаторазо- вого використання її в дослiдах нiяких ознак зруй- нувань перемичок мiж щiлинами перфорацiї не ви- явлено. Крiм того, встановлено, що пiсля розбира- ння моделi датчики перемiщення повертаються до початкового положення. Це говорить про те, що ПВХ труба при q ≤ 2 кг/см2 працювала в пру- жнiй областi. Деформацiя кожуха з полiпропiлену При зростаннi q вся дрена деформується i пере- мiщується у напряму до залiзобетонних паль. При цьому зменшується h1. На рис. 15 наведенi експериментальнi залежно- стi ∆h1 = f(q), де ∆h1 – змiна h1 в порiвняннi з h1 при q = 0. Видно, що для розрахункових випад- кiв 2 i 3 при Lo = 300 мм ∆h1 не бiльше 14 мм. При Lo > 300 мм для розрахункового випадку 3 h1 змiнюється мало, а для розрахункового випад- ку 2 при зростаннi q i Lo величина ∆h1 може бути Рис. 15. Експериментальнi залежностi ∆h1 = f(q) для розрахункових випадкiв 2 (а) i 3 (б) з обсипкою ПВХ труби щебенем d = 10 – 20 мм при δ = 10 мм: • – Lo = 300 мм, + – Lo = 320 мм, × – Lo = 350 мм, 4 – Lo = 370 мм; та при δ = 15 мм: ◦ – Lo = 300 мм, � – Lo = 320 мм, - – Lo = 350 мм, N – Lo = 370 мм значною аж до провалу мiж палями. Довжина i форма кожуха при зростаннi q по- стiйно змiнюється. На рис. 16 для прикладу наве- денi залежностi Dx = f(q) i Dy = f(q) при δ = = 15 мм, обсипка ПВХ труби – щебiнь, випадок 2. З рис. 16 видно, що при зростаннi q при Lo = = 260−350 мм деформацiї кожуха незначнi, а при Lo = 370 мм швидко зростають. Для оцiнки деформацiї кожуха (рис. 12, б) ви- значаємо коефiцiєнт вiдносної деформацiї ε за та- кими залежностями: для ∪K1BK2 ε = l− (S1 + S2) − lo lo , (1) де lo – довжина дуги ∪K1BK2 при q = 0, l – дов- жина дуги ∪K1BK2 при q; для ∪K1A ε = l + S1 − lo lo , (2) де lo – довжина дуги ∪K1A при q = 0, l – довжина дуги ∪K1А при q; для ∪AK2 ε = l + S2 − lo lo , (3) де lo – довжина дуги ∪AK2 при q = 0, l – довжина дуги ∪АK2 при q. 26 М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 Рис. 16. Експериментальнi залежностi Dx = f(q) (а) i Dy = f(q) (б) для розрахункового випадку 2 з обсипкою ПВХ труби щебенем i товщиною кожуха δ = 15 мм: × – Lo = 260 мм, • – Lo = 300 мм, + – Lo = 320 мм, ◦ – Lo = 350 мм, N – Lo = 370 мм Рис. 17. Експериментальнi залежностi ε = f(q) для розрахункового випадку 2 з обсипкою ПВХ труби щебенем i товщиною кожуха δ = 15 мм для ∪K1BK2: × – Lo = 260 мм, • – Lo = 300 мм, + – Lo = 320 мм, ◦ – Lo = 350 мм, 4 – Lo = 370 мм На рис. 17 – 19 наведенi експериментальнi зале- жностi ε = f(q) для розрахункового випадку 2, а на рис. 20 – для розрахункового випадку 3. Аналiзуючи експериментальнi залежностi ε = = f(q), зазначимо таке. Для розрахункового випадку 3 проведено 10 до- слiдiв. Для дiлянок кожуха∪K1А, ∪АK2 i ∪K1BK2 практично у всiх випадках вiдмiчається збiльшен- ня довжини кожуха. Це говорить про те, що кожух працює при розтягуваннi i його мiцнiсть буде ви- значатись мiцнiстю при розтягуваннi i при продав- люваннi частками обсипки ПВХ труби. В нашому випадку це щебiнь d = 10 – 20 мм i керамзит d = = 10 − 20 мм, який моделює продавлювання гео- текстилю обкатаними частками обсипки. При вiзу- альному оглядi кожуха пiсля дослiдiв для випад- ку 3 були вiдмiченi окремi ум’ятини на зовнiшнiй поверхнi кожуха глибиною не бiльше 5 мм в зонi Рис. 18. Експериментальнi залежностi ε = f(q) для розрахункового випадку 2 з обсипкою ПВХ труби керамзитом i товщиною кожуха δ = 15 мм для ∪K1BK2: × – Lo = 260 мм, • – Lo = 300 мм, + – Lo = 320 мм, ◦ – Lo = 350 мм, 4 – Lo = 370 мм Рис. 19. Експериментальнi залежностi ε = f(q) для розрахункового випадку 2 з обсипкою ПВХ труби щебенем i товщиною кожуха δ = 10 мм для ∪K1BK2: • – Lo = 300 мм, + – Lo = 320 мм, ◦ – Lo = 350 мм, 4 – Lo = 370 мм Рис. 20. Експериментальнi залежностi ε = f(q) для розрахункового випадку 3 з обсипкою ПВХ труби щебенем i товщиною кожуха δ = 15 мм (а) i δ = 10 мм (б) для ∪K1BK2: • – Lo = 300 мм, + – Lo = 320 мм, 4 – Lo = 350 мм контакту конструкцiї з поверхнею залiзобетонної палi внаслiдок попадання на цей контакт матерiа- лу захисного фiльтру (щебеню). Вважаємо, що для випадку 3 в системi огорожi котловану, а також для окремо розташованої вертикальної водозабiр- М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк 27 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 ної або водознижуючої свердловини конструкцiя дрени, яка дослiджена, буде достатньо мiцною при q ≤ 2 кг/см2, Lo ≤ 300 мм i δ ≥ 15 мм. При Lo = = 300 мм i δ = 15 мм вiдносна деформацiя ε не перевищує 0.03, що менше ε при розривi зразкiв кожуха (рис. 22). Для розрахункового випадку 2 проведено 16 до- слiдiв. Для кожуха δ = 15 мм при обсипцi ПВХ труби щебенем d = 10 – 20 мм при Lo = 260− − 300 мм вiдносна деформацiя ε при q = 2 кг/см2 не перевищує 0.03, що менше ε при розривi зраз- кiв кожуха (рис. 22). При Lo > 300 мм вiдносна деформацiя ε при q = 2 кг/см2 зростає до 0.06, а при обсипцi керамзитом при q = 2 кг/см2 i Lo = = 370 мм деформацiя змiнює знак i кожух працює при стисненнi, а ∆h1 значно зростає. Порiвнюючи максимальнi значення ε, якi були в дослiдах, зi значеннями ε при розривi зразкiв ко- жухiв (рис. 22), бачимо, що вони майже однаковi. Проте, незважаючи на значнi деформацiї кожуха i всiєї дрени при Lo = 370 мм, цiлiснiсть кожуха збе- реглась i дозволяла використовувати його в iнших дослiдах. Дiаметр кожуха пiсля розвантаження моделi практично не змiнюється. При зовнiшньому обсте- женнi нiяких ознак пошкодження кожуха не помi- чено. Виходячи з того, що дрена повинна мати мi- нiмальнi деформацiї при q = 2 кг/см2 i бути мi- цною при продавлюваннi щебенем d = 10 – 20 мм, рекомендуємо при дiаметрах залiзобетонних паль 800 мм i кожуха дрени 500 мм вiдстань мiж паля- ми L витримувати не бiльше 1100 мм, а товщину кожуха – δ ≥ 15 мм. 5. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛIДЖЕНЬ КОНСТРУКЦIЇ ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНАЖУ, ТИП II Дослiдження на мiцнiсть конструкцiї дрени про- водились для фрагменту дрени довжиною 0.5 м в масштабi 1:1 в ґрунтовому лотку 1×1×0.5 м за ме- тодикою, описаною вище, для розрахункового ви- падку 2 при змiнi тиску вiд 0 до 2.25 кг/см2 i вiд- станi мiж ґрунтоцементними палями L = 1020 мм, Lо = 220 мм, ∆ = 60 мм. На рис. 21 наведенi фотографiї поперечного пе- рерiзу фiльтру при тиску 0 кг/см2 (а), 1.0 кг/см2 (б) i 2.25 кг/см2 (в). Обробка фотографiй показала таке. При змiнi тиску вiд 0 до 2.25 кг/см2 деформацiї поперечного перерiзу трубофiльтра були незначнi, пошкоджень кожуха не було, але по осi “y” вся кон- Рис. 21. Поперечний перерiз фiльтру: а – при тиску 0 кг/см2; б – при тиску 1.0 кг/см2; в – при тиску 2.25 кг/см2 струкцiя фiльтру змiстилася донизу на ∼ 22 мм. При зменшеннi тиску вiд 2.25 до 0 кг/см2 поло- ження фiльтру майже не змiнилось. Вважаємо, що випробувана конструкцiя фiль- тру є достатньо мiцною при боковому тиску на палеву огорожу котловану до 2.25 кг/см2. Такий 28 М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 тиск на фiльтр вертикального дренажу може бути при глибинi котловану до 22 м. При практичному застосуваннi дослiдженої кон- струкцiї дренажу в складi огорожi глибоких ко- тлованiв простiр мiж фiльтром, залiзобетонними палями i плитами облицювання необхiдно викона- ти так, як показано на рис. 1. 6. ФIЗИКО-МЕХАНIЧНI I ФIЛЬТРА- ЦIЙНI ВЛАСТИВОСТI КОЖУХIВ З ВОЛОКНИСТО–ПОРИСТОГО ПОЛIПРОПI- ЛЕНУ Кожух з волокнисто-пористого полiпропiлену (ВПП) являє собою безшовну конструкцiю у ви- глядi цилiндра, отриману методом пневмоекстру- зiї [4 – 7]. Дана технологiя дозволяє одержувати пористий матерiал, дiаметр волокон, пористiсть, товщина i геометричнi розмiри якого можуть мi- нятися в досить широких межах. У данiй роботi дослiджувалася робота кожухiв iз ВПП iз товщиною двошарової стiнки 10 i 15 мм. При цьому зовнiшнiй водоприймальний шар обох кожухiв був товщиною близько 3.0 мм i складав- ся з волокон, середнiй дiаметр яких дорiвнював 0.12 – 0.13 мм, а для внутрiшнiх шарiв середнiй дiаметр волокон складав 0.2 – 0.3 мм. Внутрiшнi шари армують кожух. В дослiдах використовувались кожухи з товщиною стiнки 10 i 15 мм, армуючi шари в яких були товщи- ною 7 i 12 мм. Основний вплив на фiльтрацiй- нi i захиснi властивостi кожухiв робить зовнi- шнiй шар, параметри якого пiдлягають пiдбору до конкретних гiдрогеологiчних умов мiсця будiв- ництва вертикального дренажу. У той самий час, внутрiшнiй шар є визначальним при формуван- нi фiзико–механiчних характеристик кожухiв (мi- цнiсть, жорсткiсть, деформативнiсть, тощо). Деформацiя кожухiв iз ВПП при одноо- сьовому розтягненнi. Для оцiнки напруженого стану кожуха, який працює при розтягненнi, були проведенi випробування зразкiв кожуха на розрив. На рис. 22 наведенi експериментальнi залежностi σ = f(ε), де σ – напруга. Зразки для випробуван- ня вирiзали по дiаметру кожуха i для вирiвнюва- ння зразкiв треба було прикласти необхiдну силу. Тому залежностi σ = f(ε) починаються не з 0. По- рiвнюючи значення ε при розривi зразкiв i ε ≈ 0.3, досягнуте в дослiдах для конструкцiї дренажу, яка рекомендується для дослiдно–промислового впро- вадження (дiаметр паль 800 мм, вiдстань мiж цен- трами паль L ≤ 1100 мм при дiаметрi кожуха 500 мм) бачимо, що коефiцiєнт запасу мiцностi ко- жуха складає не менше 2. Рис. 22. Експериментальнi залежностi σ = f(ε) при випробуваннi на розрив матерiалу кожуха з полiпропилену: а – δ = 10 мм: • – lo = 129 мм, + – lo = 210 мм; б – δ = 15 мм: • – lo = 195 мм, + – lo = 127 мм, 4 – lo = 126 мм Фiльтрацiйнi властивостi кожухiв iз ВПП дослiджувались на фiльтрацiйних прибо- рах типу Дарсi. На рис. 23 приведенi експериментальнi залежно- стi Kф = f(P ). Як бачимо, значення коефiцiєнта фiльтрацiї пiд дiєю тиску зменшуються при макси- мальному тиску приблизно на 20 – 32 % (бiльше значення – для кожуха товщиною 10 мм) i станов- лять при тиску бiльше 1.5 кг/см2 для кожуха тов- щиною 15 мм приблизно 3200 м/добу, а для кожу- ха фiльтра товщиною 10 мм – бiльше 1200 м/добу. Захиснi властивостi кожуха з ВПП. За- дача фiльтра свердловини (у нашому випадку – кожуха з ВПП) полягає в тому, щоб захищати її вiд пiскування, не пiддаючись при цьому механiч- нiй кольматацiї i зберiгаючи високу водопропускну здатнiсть. У зв’язку з тим, що кожух iз ВПП має складну об’ємну структуру i пори рiзного розмi- ру i форми, пiдбiр оптимальних параметрiв такого фiльтра до конкретних гiдрогеологiчних умов має М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк 29 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2010. Том 12, N 2. С. 20 – 30 Рис. 23. Експериментальнi залежностi Kф = f(P ) для кожуха з ВПП товщиною δ = 10 мм (•) i δ = 15 мм (+) свої особливостi. Середнiй дiаметр елементарних волокон фiль- тра dе.в повинний дорiвнювати або бути меншим d50 контактуючого з ним пiску: dе.в ≤ d50, де d50 – дiаметр часток, менше якого в грунтi утримується 50 % часток по вазi. Товщина фiльтра δф повинна визначатися за та- кою формулою: δ = (10 − 30)dе.в. Середнiй дiаметр пори фiльтра dо сер повинний знаходитись в наступних межах: do сер = (1.0 − −1.4)d50. При цьому меншi значення dо сер вiдповiдають крупно- i середньозернистим пiскам, а бiльшi – дрiбнозернистим. Середнiй дiаметр пор можна знайти, використо- вуючи залежнiсть: do сер = 2.88 dе.в ( δ dе.в · γ γn )−1.1 + dе.в, де γ – густина фiльтра, γn – густина матерiалу волокон. Використовуючи вищенаведенi залежностi, були визначенi параметри зовнiшнього водоприймаль- ного шару кожухiв iз ВПП. ВИСНОВКИ 1. Щоб покращити роботу огорожi глибоких ко- тлованiв, яка складається з залiзобетонних паль дiаметром 800 мм i грунтоцементних паль (дже- тiв) дiаметром 500 мм, пропонуємо облаштовувати замiсть деяких джетiв вертикальний дренаж спе- цiальної конструкцiї з використанням безшовно- го фiльтру з волокнисто-пористого полiпропiле- ну. Простiр мiж палями огорожi i залiзобетонни- ми плитами облицювання стiнок котловану про- понуємо заповнити щебенем або галькою d = = 10 − 20 мм з використанням нетканого геотекс- тильного матерiалу. Запропонована конструкцiя огорожi i пониження рiвня ґрунтової води за до- помогою вертикального дренажу забезпечить кон- тактну стiйкiсть прилеглого грунту в перiод будiв- ництва i експлуатацiї котловану. 2. Експериментально дослiджено двi констру- кцiї вертикального дренажу тип I i тип II в скла- дi огорожi котловану з залiзобетонних паль дiаме- тром 800 мм i грунтоцементних джетiв дiаметром 500 мм. Рекомендовано наступне: – при використаннi дренажу тип I повин- нi бути вiдстань мiж залiзобетонними палями Lo ≤ 300 мм i товщина безшовного кожуха з волокнисто-пористого полiпропiлену δ ≥ 15 мм, – при використаннi дренажу тип II повиннi бути вiдстань мiж залiзобетонними палями Lo ≤ 220 мм i товщина безшовного волокнисто-пористого полi- пропiлену δ ≥ 20 мм. 1. Отрешко А. И., Ивянский А. М., Шмурнов К. В. Инженерные конструкции в гидромелиоративном строительстве.– М.: Сельхозгиз, 1955.– 552 с. 2. Хоружий П. Д., Крученюк В. Д. Проблеми забез- печення ефективної роботи дренажних протифiль- трацiйних систем Каховського водосховища по за- хисту вiд пiдтоплення населених пунктiв // Водне господрство України.– 2002.– Вип. 3-4.– С. 63-64. 3. Крученюк В. Д. Удосконалення конструкцiй гравiй- них фiльтрiв для дренажних свердловин // Вiсник Українського державного унiверситету водного го- сподарства та природокористування. Гiдромелiора- цiя та гiдротехнiчне будiвництво. Рiвне.– 2005.– Вип. 29.– С. 22-31. 4. Пивовар Н. Г., Бугай Н. Г., Фридрихсон В. Л., Кривоног А. И., Кривоног В. В. Дренаж с во- локнистыми фильтрами для защиты территорий от подтопления.– Киев: Институт гидромеханики НАН Украины, 2000.– 332 с. 5. Пивовар Н. Г., Бугай Н. Г., Рычко В. А. Дренаж с волокнистыми фильтрами.– Киев: Наукова думка, 1980.– 214 с. 6. Бугай Н. Г., Кривоног А. И., Кривоног В. В., Фри- дрихсон В. Л. Гибкие крепления откосов земляных плотин гидротехнических сооружений с использо- ванием геотекстиля // Прикладна гiдромеханiка.– 2006.– 8(80), N 1.– С. 3-22. 7. ТУ У В.2.7 - 17.2 - 00311444 - 001:2006 Матерiали фiльтрувальнi геотекстильнi Тексiвод.– Киев: Укр- метртестстандарт, 2006.– 20 с. 30 М. Г. Бугай, О. I. Кривоног, С. О. Дворнiк

Дослідження міцності конструкції вертикального дренажу з використанням геотекстилю

Institution

Ähnliche Einträge