Определение допустимого диаметра горизонтальной скважини для прокладки инженерных коммуникаций под дорогами

При прокладке инженерных коммуникаций приходится сталкиваться с пересечением трассы с дорогами, трамвайными ижелезнодорожными путями. Из известных методов бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций, которые применяются при строительстве переходов, наиболее эффективным является метод статического прокола грунта. Процесс заключается в задавливании грунтопрокалывающего рабочего органа с конусным наконечником в грунт с помощью гидравлических домкратов. Силовое усилие передается от домкратов на рабочий орган в виде трубы с конусным наконечником, диаметр которой соответствует диаметру требуемой скважины, либо грунтопрокалывающей головки через наборные штанги с последующим расширением скважины с помощью уплотняющих конусов.

Достоинствами грунтопрокалывающих установок статического действия являются: минимальный объем удаляемого грунта, они имеют малые габариты, стенки скважины формируются устойчивыми к просыпанию, что снимает необходимость их укрепления дорогостоящими способами, такими, как применение скользящей опалубки или пропитка стен бентонитовым раствором.

Основным недостатком метода является формирование в массиве грунте большого напряжения, вызванного радиальным его уплотнением. Это в свою очередь может привести к разрушению дорожного основания и, как следствие, вызвать повреждение покрытия дорог.

Предельную глубину заложения скважины до ее верхней образующей, при которой может начаться поверхностное разрушение грунта, назовем минимально допустимой глубиной прокола. Для ее определения рассмотрим результаты экспериментальных исследований, проведенных В.К. Рудневым, [1], по внедрению штампов в грунт, который установил связь глубины, при которой поверхностное разрушение прекращает происходить, с его шириной в виде простой линейной зависимости:

form1.jpg
где a и b  – коэффициенты линейной аппроксимации;

d – ширина штампа, м.

Согласно уравнению (1) коэффициенты, могут быть определены путем проведения экспериментов с двумя грунтопрокалывающими органами разных диаметров.

Методика экспериментального исследования заключалась в следующем. На первом этапе осуществлялся выбор участка и подготовка его к эксперименту, которая включала в себя снятие и удаление гумусного слоя для получения однородного состояния грунтового массива. После этого отрывался приямок для размещения в нем грунтопрокалывающей установки МП-250, рис.1. В массив грунта внедрялись конусные наконечники диаметрами и d1=65 и d2=108мм. Их угол заострения составлял α=600. Длина участка соответствовала расстоянию, при котором прокол переходил в установившуюся стадию процесса, при которой рост напорного усилия прекращался. Напорное усилие фиксировалось датчиками давления, встроенными в гидравлическую систему установки. По мере увеличениея глубины прокола выпор грунта на поверхность и размеры трещин в грунте уменьшались, а сила сопротивления проколу увеличивалась. При достижении глубины, при которой трещины исчезали – сопротивление проколу достигало своего максимума. Эта глубина была принята, как минимально допустимая и применялась для решения системы уравнений при расчете коэффициентов a и  b для каждого из грунтов, в которых проводились эксперименты.

Тип грунта и его физико – механические свойства при проведении экспериментов устанавливались лабораторными исследованиями. Экспресс – контроль прочности грунта контролировался ударником ДорНИИ по числу ударов Сo.

Полученные значения коэффициентов a и b для различных грунтов представлены в таблице.

Данные табл. свидетельствуют о существенном влиянии свойств грунта, диаметра скважины на минимальную глубину ее заложения. Так, к примеру, при проходке скважины диаметром 200 мм. минимальная глубина заложения для глины составит почти 2,9 м, для супеси 1,6 м, а для суглинка 1,9 м.

Логично предположить, что минимальная глубина заложения скважины пропорциональна диаметру зоны структурных изменений грунта, при проколе и также зависит от пористости грунта,  (рис. 2).

5_3.jpg

Согласно, методики расчета, предложенной А.С. Вазетдиновым [2], сила сопротивления грунта проколу напрямую связана с размером зоны структурных изменений. А эта зона в свою очередь определяется его пористостью, поэтому логично предположить, что минимальная глубина прокола также напрямую связана с размерами зоны структурных изменений. Для проверки этого предположения по результатам экспериментов, представленных в таблице построим зависимость минимальной глубины заложения скважины Hпр от его порисскважины диаметрами d1=65 мм. и d2=108 мм. и по трем точкам значений минимальной глубины заложения скважины Hкр при пористости: n0=38%; n0=45%; n0=53% можно построить кривую на графике в виде гиперболы, (рис.3), которая хорошо описывается формулой:

form2.jpg

где Dскв – диаметр скважины, м.;
h0– естественная пористость грунта, %.

График зависимости минимальной глубины прокола от пористочти грунта, построенный по формуле (1) для скважин диаметрами d1=65 мм. и d2=108 мм., представлен на рис.3. Из графика видно, что минимальноая глубина заложения скважины зависимосит также от ее диаметра, который в свою очередь определяет размеры зоны структурных изменений при проколе грунта.

5_1.jpg

На рис. 3 представлены графики зависимости минимальной глубины заложения скважины, построенные по равенствам (1) и (2). Из приведенных данных видно, что расхождение между получаемыми значениями минимальной глубины заложения скважины не превышает 5%.

Изложенное позволяет рекомендовать расчетную зависимость (2) для определения минимальной глубины заложения горизонтальных скважин в грунтах, пористость которых находится в диапазоне 38-53 %.

В практике строителельства переходов под дорогами, как правило, определяющей величиной является проектная глубина заложения инженерных коммуникаций. Поэтому важно знать, какой предельный диаметр горизонтальной скважины можно создать методом статического прокола. Ее величину установим из условия разработки скважины в пределах минимально допустимой глубины прокола, которая будет равна:

form3.jpg

где Н – глубина заложения скважины до ее верхней образующей.

Если заданный диаметр скважины не превышает значения расчетного, то метод статического прокола можно применять без риска разрушения дорожного основания.

Если расчетный диаметр будет больше заданного размера скважины, то необходимо применить другую технологию разработки скважины, например: бурение, продавливание или комбинацию методов прокола и продавливания [3].

5_2.jpg

Из рис. 4 видно, что если необходимо разработать скважину на глубине 2,5 м. Тогда предельно допустимый расчетный диаметр прокола грунта установкой статического действия составит 170 мм. для грунтов с пористостью n0=38%, для грунтов с пористостью n0=45% диаметр должен быть 240 мм. и для грунтов с пористостью n0=53% не более 300 мм.

Вывод

Полученная зависимость для определения допустимого диаметра скважины, позволяет еще на стадии проектирования провести выбор эффективной технологии бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций из условия сохранения дорог от разрушений. В частности, она позволяет установить области рационального применения метода статического прокола грунта. Удобством для практического применения предложенной методики расчета является ее связь с различными свойствами грунта через один из основных его показателей – пористость. Этот показатель приводится в справочных данных или может быть установлен лабораторным путем.

В.Н. Супонев, директор НПП
«Газтехника», к.т.н., г. Харьков.
Н.Д. Каслин, к.т.н., профессор,
В.И. Олексин, ассистент, к.т.н.,
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Print This Page Print This Page

Обучение

copr.jpg

Новый выпуск

NO-DIG обозрение

obl2014_1.jpg

Архив новостей

АСБТ в:


Одесский завод строительно-отделочных машин

Fatal error: Call to undefined function feed_subscribers() in /home/novtec12/no-dig.odessa.ua/www/wp-content/themes/fervens-a/ferevens-a/sidebar-2.php on line 72