РОЗДІЛ 2
МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ БУРОІН’ЄКЦІЙНИХ ПАЛЬ
ВЕЛИКОГО ДІАМЕТРУ
2.1. Моделювання процесу заглиблення шнеку при влаштуванні буроін’єкційних паль
Технологією влаштування CFA-паль передбачено заглиблення шнека з полою трубою
на проектну глибину без виносу ґрунту на поверхню. Це обумовлює особливий
підхід в моделюванні процесу заглиблення.
Тут відсутнє різання ґрунту по забою, як це звичайно характерно для землерийних
машин. Теорія різання ґрунтів є добре розробленою [68,63], проте її
використання в даному випадку буде необґрунтованим. З іншого боку, використання
шнеку відповідає бурінню свердловини за його допомогою. Процеси буріння широко
вивчались, існують теоретичні рішення та практичні обґрунтування цієї задачі
[64,65,66]. Як в умовах різання, так і в умовах буріння, грунт з утвореної
свердловини виноситься, а оточуючий свердловину ґрунтовий масив не
ущільнюється. Тому при влаштуванні буронабивних паль, стовбур палі, що
влаштовується в пробуреній свердловині контактує з поверхнею грунту, що має
природну структуру, щільність та вологість. Порівняно з забивними чи
вдавлюваними палями, коли грунт при їх влаштуванні ущільнюється навколо
стовбура палі, буроін’єкційні палі мають гірший контакт з ґрунтовим масивом, і
як результат - меншу несучу здатність по грунту, при однакових розмірах паль.
Це погіршує показники буронабивних паль по несучій здатності [67]
За CFA – технологією заглиблення шнека шляхом загвинчування супроводжується
витісненням грунту в бічному напрямку від осі „свердловини”. Цей процес можна
порівняти з вдавлюванням палі в грунт.
Таким чином, буроін’єкційні палі CFA-типу наближаються по несучій здатності до
забивних чи вдавлюваних паль порівняно з буронабивними. Але, якщо технологія
влаштування „свердловини” буде порушена, то можливий частковий, і навіть повний
перехід до технології простого буріння, що забезпечує влаштування буронабивних
паль. Тому контроль за заглибленням шнека є обов’язковою умовою якісного
влаштування буроін’єкційних паль.
При бурінні свердловини у випадку буронабивних паль грунт за допомогою шнека
подається на поверхню. Цей грунт є розпушеним, порівняно з його природним
заляганням. Додатково вибурений грунт виймається з свердловини при підйомі
шнека, поверхня якого очищається від вибуреного грунту. Продовження буріння
свердловини продовжується очищеним шнеком. При подальношому бурінні поява
вибуреного розпушеного грунту на поверхні буде запізненою.
При заглибленні шнека у випадку буроін’єкційних паль, візуальний контроль за
можливим виносом грунту, як і при бурінні є дуже наближеним для оцінки якості
заглиблення шнека в грунт, тому реально розглядати таку можливість контролю,
навіть при розробці додаткових пристроїв, не можна.
Єдиним показником, що об’єктивно оцінює процес заглиблення є потужність
споживана електродвигуном приводу шнеку при його загвинчуванні. Ця енергія
розтрачується як на ущільнення оточуючого ґрунту, так і на сили тертя ґрунту по
поверхні лопатей шнеку та бічній поверхні стовбуру шнеку, що проявляються в
процесі загвинчування шнеку в ґрунт.
Умова граничної рівноваги для процесу загвинчування шнеку в ґрунт може бути
записана шляхом порівняння моментів: загвинчування Мкр та сил опору ґрунту, що
виникають при терті ґрунту по поверхні шнеку Мт:
Мт=Мкр (2.1)
Якщо величина Мкр може бути прямо зафіксованою в процесі буріння, то значення
Мт потребує визначення. Величина Мт включає дві складові, розглянемо їх
визначення. Спочатку розглянемо розрахункову схему реалізації сил тертя грунту
по елементу шнека, який заглиблено в ґрунт на величину z (рис. 2.1.)
Рис. 2.1. Розрахункова схема для визначення сил тертя, що діють на поверхні
шнеку: hш-крок витка; - кут нахилу лопат шнеку до горизонтальної площини
Опір ґрунту при повороті лопат шнеку на її поверхні для елементарної ділянки
визначається умовою:
, (2.2)
де величина сил тертя фxyi є змінною. Аналіз характеру взаємодії шнеку з
грунтом дає можливість передбачити цю залежність як:
фxyi=f( уz1, ц, c, z, г,ri,) (2.3)
де уz1 – нормальне напруження в грунті на поверхні лопаті шнеку;
z - глибина ділянки шнеку, що розглядається, від поверхні;
- відстань елементарної ділянки шнеку від поверхні, змінюється в межах від d/2
до D/2;
dl – довжина елементарної ділянки шнеку;
ц, с, г – кут внутрішнього тертя, питоме зчеплення та питома вага для ґрунту,
що контактує з поверхнею на ділянці шнеку, що розглядається.
Так як для моменту опору необхідно враховувати сили тертя ґрунту по поверхні
шнека, то:
фxy=фxyмi cosб , (2.4)
Дотичні напруження можна визначати з умови міцності грунту за законом Кулона
[68], вважаючи, що зміщення проходить по шару грунту.
фxyi=уzіtgцi+ci (2.5)
Повна величина моменту від сил тертя грунту по шнеку повинна визначатись за
формулою:
(2.6)
Друга складова Мт - сили тертя грунту по поверхні стовбура шнеку (див.рис.2.2)
Рис.2.2. Розрахункова схема до визначення сил тертя ґрунту на поверхні стовбура
шнека, tл– товщина шнека.
Момент від сил тертя по бічній поверхні стовбура аналогічно (2.6): (2.7)
Тут dz змінюється в межах заглиблення шнеку від 0 до z, а dlст складає величину
в межах 0….
Коефіцієнт враховує те, що на ділянках прилягання лопатей шнеку до стовбура
сили тертя грунту не проявляються. Як і для випадку поверхні шнеку дотичні
напруження: фrz.i=уrtgцi+ci є змінними по висоті стовбура і також залежать
від ряду факторів:
фrzi=f(уri, цi, ci, гi, zi) (2.8)
Не зважаючи на аналогію побудови залежності (2.3) і (2.8)
- Київ+380960830922