В характерных для г. Саратова грунтовых условиях выполнены сваи по технологии Fundex с теряемым винтовым наконечником DPOS-4E. После длительного «отдыха» свай без нагрузки, гарантирующего завершение в основном процессов уплотнения, консолидации, восстановления водно-коллоидных связей, выполнены дополнительные инженерно-геологические изыскания и проведен комплекс лабораторных исследований параметров околосвайного массива грунта.

Получены физико-механические характеристики основания непосредственно у боковой поверхности и у нижнего конца сваи, на расстоянии 1 м от ее грани и в грунте природного сложения. Результаты сопоставлены в табличной и графической форме.

Сделаны выводы о характере изменений физических, прочностных и деформационных характеристик околосвайного массива грунта на различном расстоянии от боковой поверхности сваи.

Отмечены существенные отличия в формировании уплотненных зон грунта вокруг свай Fundex от традиционных вытеснительных забивных и вдавливаемых свай, влияющие на несущую способность (предельное сопротивление) основания набивных свай.

Проведено сравнение полученных лабораторных данных с результатами натурных испытаний аналогичных свай в идентичных грунтовых условиях после длительного «отдыха» (3 месяца) статическими вдавливающими и выдергивающими нагрузками.

Сделаны выводы о необходимости дополнительных экспериментальных исследований основания свай Fundex в широком диапазоне грунтовых условий лабораторными и полевыми методами с параллельными испытаниями статическими вдавливающими и выдергивающими нагрузками.

Ключевые слова:

свая Fundex, вытеснительная на­бив­ная свая, опытная свая, башмак сваи, «отдых» сваи, несущая способность (предельное сопротивление) сваи Fd, инженерно-гео­логические исследования, глинистый грунт, уплотнение грунта, плотность грунта ρ, коэффициент пористости е, предельное сопротивление грунта сдвигу τu, нормальное напряжение σ, компрессионное испытание.

Савинов Алексей Валентинович – доктор технических наук, доцент, генеральный директор, e-mail: alexey_savinov@mail.ru.

Фролов Вадим Эдуардович – кандидат технических наук, директор, e-mail: recon52@mail.ru.

Бровиков Юрий Николаевич – технический директор, e-mail: recon52@mail.ru.

Кожинский Михаил Петрович – главный специалист, e-mail: recon52@mail.ru.

1. Мангушев Р.А., Ершов А.В., Осокин А.И. Современные свайные технологии: учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во АСВ, 2010. – 240 с.

2. Сваи и свайные фундаменты: конструкции, проектирование и технологии: учеб. пособие / Р.А. Мангушев [и др.]; под ред. Р.А. Мангушева. – 2-е изд., стер. – М.: Изд-во АСВ, 2018. – 320 с.

3. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / под общей ред. В.А. Ильичева и Р.А. Мангушева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во АСВ, 2016. – 1040 с.

4. Basu P., Prezzi M. Design and Applications оf Drilled Displacement (Screw) Piles:
Final Report / Joint Transportation Research Program. Project No: C-36-45U. File № 6–18–19. – Purdue University, West Lafayette, Indiana, September 4, 2009. – Р. 12–13. doi: https://doi.org/10.5703/1288284314278

5. Fellenius B.H. Basics of foundation design. – URL: https://www.unisoftgs.com/uploaded/
file/RedBook.pdf (дата обращения: 28.03.2019).

6. Tomlinson M.J., Woodward J. Pile design and construction practice. – 6th ed. – Published: Taylor&Francis, 2014. – 608 р.

7. Sprince A., Pakrastinsh L. Helical pile behaviour and load transfer mechanism in different soils // 10th International Conference Modern Building Materials, Structures and Techniques. – 2010. – Р. 1174–1180.

8. Kirsanov M.N. Discrete model of the pile foundation // Magazine of Civil Engineering. – 2015. – № 3 (55). – Р. 89–90. DOI: 10.5862/MCE.55.1

9. Tretyakova O.V., Yushkov B.S. Inverted-Cone Piles for Transport Constructions in Seasonally Freezing Soils // Soil Mechanics and Foundation Engineering. – 2017. – № 3 (54). – Р. 173–176. DOI: 10.1007/s11204-017-9453-5

10. Nuzhdin M.L., Nuzhdin L.V., Ponomaryov A.B. Experimental studies on model pile foundations reinforced by hard inclusions // Lecture Notes in Civil Engineering. – 2020. (62). – Р. 193–197. DOI: 10.1007/978-981-15-2184-3_24

11. Мангушев Р.А., Конюшков В.В., Дьяконов И.П. Анализ практического применения завинчиваемых набивных свай // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2014. – № 5. – С. 11–16.

12. Мангушев Р.А. Буронабивные сваи «ФУНДЕКС»: достоинства и недостатки // Вестник Волгоград. гос. архит.-строит. ун-та. Серия: Строительство и архитектура. – Волгоград: ВолгГАСУ, 2013. – № 31 (50). – Ч. 2. Строительные науки. – С. 264–271.

13. Экспериментальные исследования несущей способности свай Fundex после длительного «отдыха» в глинистых грунтах статическими вдавливающими и выдергивающими нагрузками / А.В. Савинов [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2019. – Т. 10, № 4. – С. 13–29.

14. Экспериментальные исследования изменения физико-механических характеристик грунтового основания при устройстве свай по технологии «Fundex» / А.В. Савинов [и др.] // Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении: матер. междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 29–31 мая 2018 г. – Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2018. – С. 623–633.

15. Лапшин Ф.К. Расчет свай по предельным состояниям. – Саратов: Изд-во СГУ, 1979. – 152 с.

16. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. – М.: Стройиздат, 1994. – 384 с.

17. Ponomaryov A.B., Sychkina E.N. Analysis of pile foundation behavior on modern and ancient clay bases // Challenges and Innovations in Geotechnics – Proceedings of the 8th Asian Young Geotechnical Engineers Conference, 8AYGEC. – 2016. – С. 111–114.

Рассмотрены три подхода к определению угла наклона наиболее вероятной площадки разрушения в точке грунтового массива. Показано, что величина коэффициента запаса устойчивости в точке, расположенной в толще грунта, существенно зависит от угла ориентации площадки разрушения, который, в свою очередь, является функцией геометрических параметров (формы поперечного сечения) исследуемого грунтового массива, его напряженного состояния и физико-механи­ческих свойств слагающего массив грунта: удельного сцепления, угла внутреннего трения, плотности и коэффициента бокового давления. Сопоставление результатов многочисленных вычислений позволяет сделать вывод о том, что в грунтовом массиве имеются так называемые равноустойчивые зоны, которые характеризуются тем, что величины коэффициентов запаса устойчивости, вычисленные для поверхностей скольжения или выпора, расположенных внутри этих зон, для каждого конкретного объекта либо совпадают, либо отличаются друг от друга весьма незначительно. Это обстоятельство обусловливает то, что процесс скольжения (сползания) грунтовой массы, если рассматривается оползневой процесс, или выпора грунта из-под фундамента, когда рассматривается вопрос об определении несущей способности основания сооружения, происходит не по так называемой поверхности разрушения – в предельное состояние переходит некая прослойка грунта, внутри которой располагается наиболее вероятная поверхность скольжения или выпора. На основании сопоставления результатов выполненных расчетов сделан вывод о необходимости проведения операции по отысканию углов ориентации площадок разрушения на основе анализа напряженно-деформированного состояния грунтового массива с учетом физико-механических свойств слагающего грунта.

Ключевые слова:

грунтовый массив, наиболее вероятная площадка разрушения (сдвига), угол ориентации площади сдвига, наиболее вероятная линия скольжения или выпора грунта (след наиболее вероятной поверхности выпора или скольжения грунта, экстремаль), физико-механические свойства грунта, напряженное состояние, коэффициент запаса устойчивости в точке грунтового массива и самого массива, равноустойчивые зоны.

Богомолова Оксана Александровна – кандидат технических наук, доцент, OrcidID: 0000-0003-1163-6285, e-mail: boazaritcyn@mail.ru.

Жиделев Андрей Викторович – кандидат технических наук, доцент, директор, e-mail: redskorhion@mail.ru.

1. Феллениус В. Статика грунтов. – М.: Стройиздат, 1933. – 50 с.
2. Fellenius W. Calculation of the stability of earth dams // Transactions of II Congress on Large Dams. – 1933. – Vol. 4. – P. 445–462.
3. Cagout G. Eguilibre des massifs a frottemenet interne. – Paris, 1934.
4. Bogomolov A., Ponomaryov A., Bogomolova O. Assessment of slope stability on the basis of soil mass stress state analysis // ICSMGE 2017. 19th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. (2017-September). – 2017. – Р. 2095–2098.
5. Tscytbatarioff G. Foundations, retaining and earth structures. – New York: McCraw-Hill Book Company, 1973.
6. Fredlund D.G., Krahn J. Comparison of slope stability methods of analysis // Can. Geotechn. J. – 1977. – № 3.
7. Hovland H.J. Three-dimensional slope stability analysis method // J. Geotechn. Eng. Div. Proc. Amer. Soc. Civ. Eng. – 1977. – № 9.
8. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. – М.; Л.: АН СССР, 1942.
9. Azzous A.S., Baligh M.M. Loaded areas on cohesive slopes // J. of Geotechn. Engineering. – 1983. – No. 5, vol. 109.
10. Магдеев У.Х., Ниязов Р.А. Применение вариационного метода при расчете устойчивости оползневых склонов в лессовых породах (на примере Саукбулаксая) // Геодинамические процессы и явления Средней Азии. – Ташкент, 1973.
11. Гольдштейн М.Н. Вариационный метод решения задач об устойчивости грунтов //  Вопросы геотехникн: тр. ДИИТ. – Киев, 1969. – № 16.
12. Дорфман А.Г. Вариационный метод исследования устойчивости откосов // Вопросы геотехники: сб. науч. тр. – М.: Транспорт, 1965. – № 9.
13. Nakoto S., Kiyoshi J. Probabilistic finite element method for Slopes stfbility analysis // Proc. Jap., Soc. Civil Enginttring. – 1985. – № 364.
14. Wang F.D., Sun M.C., Ropchan D.M. Compyter program for pit slope stability analysis bee the finite element stress analysis and limiting equilibrium Method // RJ 7685. Burin of Mints, 1972.
15. Desai C.S., Lightner J.G. Mixed fenite element procedure for Soil-Structure iteraction and construction seguences// Inter. J. for Numerical Mhetods in Engineering. – 1985. – No. 5, vol. 21.
16. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. – М.: Недра, 1987.
17. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979.
18. Амусин Б.З., Фадеев А.Б. Применение метода конечных элементов при решении задач горной механики. – М.: Недра, 1975.
19. Цветков В.К. Расчет рациональных параметров горных выработок. – М.: Недра, 1993. – 251 с.
20. Богомолов А.Н. Расчет несущей способности оснований сооружений и устойчивости грунтовых массивов в упругопластической постановке / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 1996.
21. Богомолов А.Н., Ушаков А.Н. Методы теории функций комплексного переменного в задачах геомеханики. – Волгоград: ВолгГАСУ: Изд-во ВГСПУ «Перемена», 2014. – 227 с.
22. Соловьев Ю.И. Устойчивость откосов из гипотетического грунта // Труды НИИЖТ, 1962, вып. 28.
23. Никитин С.Н. Построение ожидаемой поверхности скольжения по напряжения в бортах карьеров // Уголь. – 1962. – № 1.
24. Coulomb C. Application des riles de maxim us et minims a quelques problems de statique relatives an L`architecture. – Memories de savants strangers de L`Academlie des sciences de Paris, 1773.
25. FEA: св-во о гос. рег. программы для ЭВМ № 2015617889 / А.Н. Богомолов [и др.]. Зарег. 23 июля 2015 г.
26. Устойчивость (напряженно-деформированное состояние): св-во о гос. рег. программы для ЭВМ № 2009613499 / А.Н. Богомолов [и др.]. Зарег. 30 июня 2009 г.

Ускорить включение армирующих слоев геосинтетика в работу и тем самым повысить устойчивость и снизить деформации искусственного основания можно за счет их предварительного напряжения. В статье приводятся результаты исследований двух способов устройства армированных песчаных подушек. В первом из них эффект преднапряжения достигается за счет определенного порядка послойного уплотнения грунта подушки, во втором – закладкой в нее между контурами фундаментов набухающего материала.

Эксперименты проводились в лабораторном лотке с пневматическим загрузочным устройством. На поверхности подушки размещались три штампа, объединенные общей рамой. Для оценки напряженно-деформированного состояния основания использовался бесконтактный метод цифровой трассерной визуализации. Результаты экспериментов представлены в виде графиков зависимости осадки штампов от давления и векторных полей перемещений частиц.

Моделирование подтвердило высокую эффективность предварительного напряжения. Предельное давление на основание с двухслойным горизонтальным армированием и преднапряжением армирующих слоев по первому способу составило 195 кПа, по второму способу – 165 кПа, тогда как при отсутствии предварительного напряжения эта величина составляла 110 кПа. Существенно снизились и деформации основания.

Ключевые слова:

армированная песчаная подушка, торф, искусственное основание, предварительное напряжение, фи­зическое моделирование.

Ширанов Алексей Михайлович – аспирант, e-mail: alexeyshiranov@gmail.com.

Невзоров Александр Леонидович – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, OrcidID: 0000-0002-6547-2741, e-mail: a.l.nevzorov@yandex.ru.

1. Recommendation for Design and Analysis of Earth Structures using Geosynthetic Reinforcements EBGEO. – Ernst & Sohn, 2011.
2. Mir B.A., Ashraf S. Evaluation of Load-Settlement Behaviour of Square Model Footings Resting on Geogrid Reinforced Granular Soils // Proceedings of the 2nd GeoMEast International Congress and Exhibition on Sustainable Civil Infrastructures, October, 2018. – Cairo, Egypt, 2018. – P. 103–126. DOI: 10.1007/978-9-030-01923-5
3. Singh A. Load-settlement behaviour of geogrid-reinforced sand cushion [Электронный ресурс] // сайт https://www.researchgate.net/ URL: https://www.researchgate.net/publi­cation/331633683 (дата обращения: 10.12.2019). DOI: 10.5281/zenodo.2588323
4. Viki V. Behavior of Square Footing Resting on Weak Soil Reinforced with Geotextiles // International Journal for Scientific Research & Development. – 2017. – Vol. 5, iss. 03. – P. 758–762.
5. Jones B.R., Jacobsz S.W., van Rooy L. A qualitative model study on the effect of geosynthetic foundation reinforcement in sand overlying very soft clay //Journal of the South African Institution of Civil Engineering. – 2016. – Vol. 58, № 2. – P. 25–34.
6. Shukla S.K., Yin J.H. Fundamentals of Geosynthetic Engineering. – Taylor & Francis Group, UK, 2006. – 410 p.
7. Джоунс К.Д. Сооружения из армированного грунта. – М.: Стройиздат, 1989.
8. Lovisa J., Shukla S.K., Sivakugan N. Behaviour of prestressed geotextile reinforced sand bed supporting a loaded circular footing // Geotextiles and Geomembranes. – 2009. – Vol. 28. – P. 23–32.
9. Eltohamy A.M. The effect of geogrid reinforcement pre-stressing on the performance of sand bed supporting a strip foundation // International Journal of Civil and Environmental Engineering. – 2016. – Vol. 10 (8). – P. 1037–1042.
10. Dhatrak A.I., Khan Farukh A. Behaviour of Square footings on Prestressed Geosynthetic Reinforced Sand // The International Journal of Engineering and Science. – 2014. – Vol. 3, iss. 7. – P. 72–83.
11. Aravind H.K., Sreekumar N.R. Load settlement behavior of footing resting on prestressed geogrid reinforced sand overlying clay // 50th Indian Geotechnical conference, 17–19 December, 2015. – Pune, India, 2015.
12. Способ подготовки основания цилиндрического резервуара на слабых неравномерно сжимаемых грунтах: пат. Рос. Федерация / Шадунц К.Ш. – № 2308574, заявл. 19.01.2006; опубл. 20.10.2007.
13. Lackner C., Bergado D.T., Semprich S. Prestressed reinforced soil by geosynthetics – Concept and experimental investigations // Geotextiles and Geomembranes. – 2013. – Vol. 37. – P. 109–123.
14. Способ подготовки основания здания на слабых грунтах: пат. Рос. Федерация / Невзоров А.Л., Ширанов, А.М., Коршунов А.А. – № 2674488; заявл. 15.03.2018; опубл. 11.12.2018.
15. Способ подготовки основания здания на слабых грунтах: пат. Рос. Федерация / Невзоров А.Л., Ширанов, А.М. – № 2684558; заявл. 14.06.2018; опубл. 09.04.2019.
16. Влияние природы электролита на процесс коагуляции сапонит-содержащей суспензии / А.С. Тутыгин, М.А. Айзенштадт, А.М. Айзенштадт, Т.А. Махова // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. – 2012. – № 5. – С. 470–474.
17. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. – М.: Высш. шк., 1985. – 352 с.
18. Насонов И.Д. Моделирование горных процессов. – М.: Недра, 1969. – 207 с.
19. Процедура определения полей деформаций в песчаных и глинистых грунтах методом PIV / А.В. Мельников [и др.] / ООО НПП «Геотек». – Пенза, 2012. – 24 с.
20. Руководство пользователя программы Actual Flow / Институт теплофизики СО РАН. – Новосибирск, 2008. – 165 с.

Параметры колебаний фундаментов от динамических нагрузок или кинематического возбуждения напрямую зависят от параметров жесткости и демпфирования основания, а также от массы колеблющейся системы, состоящей из фундамента, машины и «присоединенного массива грунта». В процессе колебаний свайных фундаментов вся статическая нагрузка передается на сваи, контакт подошвы ростверка с грунтом нарушается, и образовываются микрозазоры, препятствующие совместной работе грунтового массива в междусвайном пространстве с фундаментом.

Эффективным способом снижения параметров колебаний фундаментов является использование метода высоконапорного группового инъецирования. Сущность метода заключается в нагнетании подвижного цементно-песчаного раствора в грунтовое основание под подошву ростверка под давлением, превышающим структурную прочность грунта одновременно через несколько инъекторов. Инъекционная смесь ликвидирует микрозазоры и, затвердев, уплотняет грунт, что приводит к увеличению жесткости основания и вовлечению дополнительного объема грунтового массива в совместную работу с фундаментом. Включение в совместную работу междусвайного грунта существенно увеличивает массу колеблющейся системы и, как следствие, приводит к снижению параметров горизонтальных и вертикальных колебаний свайного фундамента при динамическом нагружении и в случае кинематического возбуждения.

Инъекторы погружаются под подошву ростверка через специально предусмотренные отверстия – инъекционные кондукторы. Точки нагнетания располагаются, как правило, между сваями и по периметру ростверка. Параметры инъекционных работ (количество инъекционных точек и их размещение в плане, высотное положение инъекционных горизонтов, требуемый объем нагнетаемого раствора, последовательность инъецирования и пр.) назначаются в зависимости от конструкции свайного фундамента, инженерно-геологических условий площадки, динамического режима работы оборудования и других факторов.

Ключевые слова:

динамические нагрузки, колебания, свайный фундамент, высоконапорное групповое инъецирование.

Нуждин Матвей Леонидович – директор по проектно-экспертным работам, e-mail: 89139059520@mail.ru.

Нуждин Леонид Викторович – кандидат технических наук, профессор, e-mail: Nuzhdin_ML@mail.ru.

1. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения. – 2-е изд., доп. и перераб. / под общей ред. В.А. Ильичева и Р.А. Мангушева. – М.: Изд-во АСВ, 2016. – 1040 с.
2. Ставницер Л.Р. Сейсмостойкость оснований и фундаментов. – М.: Изд-во АСВ, 2010. – 448 с.
3. Фундамент под машину: авт. св-во СССР / Г.Г. Аграновский. – № 937620; опубл. бюл. № 23, 1982.
4. Jiang Z., Ashlock J.C. Computational simulation of three-dimensional dynamic soil-pile group interaction in layered soils using disturbed-zone model // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. – 2020. – Vol. 130. DOI: 10.1016/j.soildyn.2019.105928
5. Dynamic analysis of an axially loaded pile embedded in elastic-poroelasitc layered soil of finite thickness / C. Zheng, S. Gan, G. Kouretzis, L. Luan, X. Ding // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. – 2020. – № 4 (44). – С. 533–549. DOI: 10.1002/nag.3036
6. Validation of a finite element modelling approach on soil-foundation-structure interaction of a multi-storey wall-frame structure under dynamic loadings / O.S. Qaftan, T. Toma-Sabbagh, L. Weekes, L. Augusthus-Nelson // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. – 2020. – Vol. 131. DOI: 10.1016/j.soildyn.2020.106041
7. Vertical dynamic response of a pile embedded in radially inhomogeneous soil based on fictitious soil pile model / Y. Cai, Z. Liu, T. Li, J. Yu, N. Wang // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. – 2020. – Vol. 132. DOI: 10.1016/j.soildyn.2020.106038
8. Leonid N.V. The analysis of the foundations vibrations on wave models in general case of dynamic loading // ICSMGE 2017 – 19th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. – 2017. – Р. 793–796.
9. Фундамент под машину: авт. св-во СССР / Г.Г. Аграновский. – № 990970; опубл. бюл. № 3, 1983.
10. Способ усиления грунтового основания: пат. Рос. Федерация / С.Н. Лавров, Л.В. Нуж­дин, М.Л. Нуждин, В.П. Писаненко. – № 2259446; заявл. 15.07.2003; опубл. 27.08.2005. – 5 с.
11. Способ усиления грунтового основания: пат. Рос. Федерация / С.Н. Лавров, Л.В. Нуждин, М.Л. Нуждин, В.П. Писаненко. – № 2259447; заявл. 15.07.2003; опубл. 27.08.2005. – 4 с.
12. Nuzhdin M.L, Nuzhdin L.V. Strengthening of pile foundation under dynamic loads by high-pressure injection // Challenges and Innovations in Geotechnics: Proceedings of the 8th Asian Young Geotechnical Engineers Conference – Leiden: CRC Press/Balkema, 2016. – P. 143–145.
13. Nuzhdin M.L, Nuzhdin L.V. Application high-pressure directional injection method for strengthen soil base // Geo-Engineering for Construction and Conservation of Cultural Heritage and Historical Sites. Challenges and Solutions: Proceedings of the IVth CAGS. – Самарканд, 2012. – P. 201–205.
14. Тер-Мартиросян З.Г., Джаро М.Н. Колебания заглубленного массивного фундамента на многослойном весомом основании // Вестник Московского государственного строительного университета. – 2012. – № 4. – С. 116–120.
15. Тер-Мартиросян А.З., Соболев Е.С. Безопасность эксплуатации оснований зданий и сооружений при динамическом воздействии // Вестник Московского государственного строительного университета. – 2017. – Т. 12, вып. 5 (104). – С. 537–544. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.5.537-544
16. Саргсян А.Е., Геращенко В.С., Шапошников Н.Н. Расчетная модель свайных фундаментов с учетом эффекта их взаимодействия с грунтовой средой // Вестник Московского государственного строительного университета. – 2012. – № 4. – С. 69–72.
17. Шутова О.А., Пономарев А.Б. Численное моделирование вибрационного воздействия автотранспорта на фундаменты зданий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2018. – № 1. – С. 93–102. DOI: 10/15593/2224-9826/2018.1.19
18. Шутова О.А., Пономарев А.Б. Анализ возможности применения программного комплекса Geostudio Quake/W для моделирования техногенной вибрации // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – 2016. – № 3. – С. 59–64.
19. Xu C., Luo M., Han J. Dynamic response of a scaled model of geosynthetic reinforced soil integrated bridge system by shaking table test // Proceedings of the 17th African Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering – University of Pretoria, South Africa, 2019. – P. 261–266.
20. Preparation for field testing for the performance validation of piled wind turbine foundations in expansive clays / T.S. da Silva, S.K. Haigh, M.Z.E.B. Elshafie, S.W. Jacobsz, P.W. Day, A.S. Osman // Proceedings of the 17th African Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering – University of Pretoria, South Africa, 2019. – P. 667–672. 
21. Coppola G., Liu K. Control of a unique active vibration isolator with a phase compensation technique and automatic on/off switching // Journal of Sound and Vibration. – 2010. – № 23 (7). – P. 2228–2235.

Исчерпаемость традиционных ископаемых источников энергии ведет к все более широкому освоению нетрадиционных источников энергии. Одним из перспективных направлений альтернативной энергетики видится использование низкопотенциальной энергии грунтового массива для отопления зданий и сооружений различного назначения. Отбор тепла возможен посредством применения конструкций энергоэффективных фундаментов. Однако их рациональное проектирование невозможно без тщательного изучения большого числа факторов, оказывающих влияние на потенциальную величину тепловой энергии, извлекаемой из толщи земли.
Целью данной работы являлось построение цельной методики, позволяющей оценить степень влияния теплофизических характеристик грунтового массива, в частности, таких как теплоемкость и теплопроводность, на величину тепловой энергии, отбираемой энергоэффективной сваей. Произведена постановка и анализ численного эксперимента по выявлению искомых зависимостей. Составлена матрица планирования эксперимента. Выполнено численное моделирование работы энергоэффективной сваи различных геометрических параметров в разных грунтовых условиях. Осуществлена статистическая обработка полученных экспериментальных данных. Составлено квадратичное уравнение регрессии для определения количества теплоты через боковую поверхность сваи в зависимости от длины сваи, ее диаметра, теплоемкости и теплопроводности грунта. Проведен анализ данного уравнения с целью оценки степени влияния исходных теплофизических параметров грунта на величину тепловой энергии, отобранной сваей.

Ключевые слова:

низкопотенциальная энергия, теплоемкость, теплопроводность, энергоэффективность, энергия, температура, климат.

Овчинников Никита Михайлович – магистрант, e-mail: zyryty@yandex.ru.

Захаров Александр Викторович – кандидат технических наук, доцент, e-mail: miks@pstu.ru.

1. Amis T., Loveridge F. Energy piles and other thermal foundations for GSHP // Rehva journal. – 2014. – P. 32–35.
2. Захаров А.В. Применение геотермальной энергии грунта для отопления зданий в климатических и инженерно-геологических условиях Пермского края // Вестник гражданских инженеров. – 2010. – № 2 (23). – С. 85–89.
3. Brandl H. Energy foundation and other thermo-active ground structures // Geotechnique. – 2006. – J 56. – P. 81–122.
4. Thermal performance and ground temperature of vertical pile-foundation heat exchangers: A case study / Jun Gao, Xu Zhang, Jun Liu Kui, Shan Li, Jie Yang // Applied Thermal Engineering. – 2018. – Vol. 28. – P. 2295–2304. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2008.01.013
5. López-Acosta N.P., Barba-Galdámez D.F., Sánchez M. Numerical analysis of the thermo-mechanical behavior of an energy pile in Mexico // Springer Series in Geomechanics and Geoengineering. – 2019. – № 217729 (0). – С. 147–154. DOI: 10.1007/978-3-319-99670-7_19
6. Xu B., Zhang H., Chen Z. Study on heat transfer performance of geothermal pile-foundation heat exchanger with 3-U pipe configuration // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2020. – (147). DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119020
7. Ma Q., Wang P. Underground solar energy storage via energy piles // Applied Energy. – 2020. – Vol. 261. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.114361
8. Nicholson S.R., Mwesigye A., Dworkin S.B. Modelling and optimization of helical steel piles as in-ground heat exchangers for Ground-Source Heat Pumps // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – № 5 (609). DOI: 10.1088/1757-899X/609/5/052026
9. An experimental and numerical case study of passive building cooling with foundation pile heat exchangers in Denmark / S.E. Poulsen, M. Alberdi-Pagola, D. Cerra, A. Magrini // Energies. – 2019. – № 14 (12). DOI: 10.3390/en12142698
10. Захаров А.В., Пономарев А.Б., Мащенко А.В. Энергоэффективные конструкции в подземном строительстве. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 128 с.
11. Assessment of soil thermal conduction using artificial neural network models / Tao Zhang, Cai-jin Wang, Song-yu Liu, Nan Zhang, Tong-wei Zhang // Cold Regions Science and Technology. – 2020. – Vol. 169.
12. Bourne-Webba P.J., Bodas Freitasa T.M., Freitas Assunção R.M. A review of pile-soil interactions in isolated, thermally-activated piles // Computers and Geotechnics. – 2019. – Vol. 108. – P. 61–74. DOI: 10.1016/j.compgeo.2018.12.008
13. Brandl H., Adam D., Markiewicz R. Ground-Sourced Energy Wells for Heating and Cooling of Buildings // Acta Geotechnica Slovenica. – 2006. – Vol. 3, iss. 1. – P. 5–27.
14. A novel energy pile: The thermo-syphon helical pile / Jie Huang, John S. Mc Cartney, Howard Perko, Drew Johnson, Chao Zheng, Qingwen Yang // Applied Thermal Engineering, – 2019. – Vol. 159. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.113882
15. Johansen O. Thermal Conductivity of Soils. – Trondheim, Norway, 1977.
16. Белоокая Н.В., Пивоварова Е.И. Обзор альтернативных источников энергии. Геотермальная энергия // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. – 2015. – № 1 (12). – С. 67–72.
17. Thermomechanical properties of an energy micro pile – raft foundation in silty clay / Gang-qiang Kong, Te Cao, Yao-hu Hao, Yang Zhou, Lian-wei Ren // Underground Space. – October 2019. DOI: 10.1016/j.undsp.2019.09.005
18. Архангельская Т.А., Лукьященко К.И. Современные подходы к расчетной оценке тепловых свойств почв // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2009. – № 1 (7). – С. 1408–1412.
19. Чудновский А.Ф. Теплофизика почв. – М.: Наука, 1976. – 352 с.
20. Васильев Г.П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли. – М.: Москва, 2006. – 186 с.
21. Королев В.А. Термодинамика грунтов: учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУ, 1997. – 168 с.
22. Королев В.А. Принципы термодинамики в инженерной геологии // Основные проблемы геологии: материалы школы-семинара. – М., 1982. – С. 15–24.
23. Филипов Т.В. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона. – М.: Отдел науч.-техн. информ. НИИЖБ, 1982. – С. 53.
24. Математические методы и планирование эксперимента в грунтоведении и инженерной геологии: учеб. пособие / В.М. Кнатько [и др.]. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1988. – С. 112.
25. Овчинников Н.М., Захаров А.В. Иcследование влияния климатических параметров окружающей среды на работу энергоэффективной сваи // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы междунар. науч.-практ. конф. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. – С. 312–317.

Рассмотрена принципиально новая методика расчета устойчивости стенок буровой скважины при изготовлении фундаментов с применением буронабивных свай. Фундаменты такого вида находят все большее применение в строительной практике в связи с растущей и уплотняющейся застройкой не только гражданских зданий, но и реконструируемых производств. Возникает необходимость более детального рассмотрения внешних факторов (в зоне грунтовых массивов), оказывающих воздействие на устойчивость стенок буровой скважины в толще грунта.
По мнению авторов, методика устанавливает зависимость между геометрическими параметрами буровой скважины, к которым относятся глубина скважины и ее постоянный диаметр на всем протяжении, и физико-механическими характеристиками грунта (удельный вес, угол внутреннего трения и модуль деформации) площадки строительства. Предлагаемая методика расчета позволяет еще на стадии проектирования определять необходимость назначения дополнительных мероприятий по защите стенок скважин от обрушения при устройстве буронабивных свай. К дополнительным мероприятиям принято относить применение буровых растворов, использование обсадных труб и пр. Необходимость назначения указанных мероприятий влечет за собой появление значительной экономической составляющей в конечной стоимости объекта. Современные реалии при выполнении проектных работ требуют детального обоснования принятых решений с целью снижения материалоемкости и трудоемкости, в конечном счете стоимости объектов. По результатам проделанной работы в ходе математического эксперимента необходимая зависимость авторами установлена. Буровая скважина будет сохранять свою геометрическую неизменяемость в случае, когда напряжения в грунте будут меньше жесткости выделенного для построения математического эксперимента грунтового элемента.

Ключевые слова:

буровая скважина, буронабивные сваи, возведение фундаментов, грунтовый элемент, поверхность скольжения грунта, обрушение грунта, потеря устойчивости стенок грунта, забой скважины, характеристики грунта, напряжения.

Попов Дмитрий Валериевич – кандидат технических наук, orcid.org/0000-0002-3920-3919, e-mail: popov38@yandex.ru.

Савинова Елена Владимировна – старший преподаватель, orcid.org/0000-0001-7155-2281, e-mail: slenax@yandex.ru.

Ponomarev A.B., Sychkina E.N. On the Stress-Strain State and Load-Bearing Strength of Argillite-Like Clays and Sandstones // Soil Mechanics and Foundation Engineering. – 2018. – № 3 (55). – С. 141–145. DOI: 10.1007/s11204-018-9517-1
Tretyakova O.V., Yushkov B.S. Inverted-Cone Piles for Transport Constructions in Seasonally Freezing Soils // Soil Mechanics and Foundation Engineering. – 2017. – № 3 (54). – С. 173–176. DOI: 10.1007/s11204-017-9453-5
Калганова М.Ю. Технология изготовления буронабивных свай // Стимулирование инновационного развития общества в стратегическом периоде: сб. ст. по итогам Междунар. науч.-практ. конф., 12 июня 2018 г. / Агентство междунар. исслед. – Стерлитамак, 2018. – С. 103–106.
Сваи и свайные фундаменты. Конструкции, проектирование и технологии / Р.А. Мангушев, В.В. Знаменский, А.Л. Готман, А.Б. Пономарев. – 2-е изд. – М.: Изд-во АСВ, 2018. – 320 с.
Леонтьев А.И., Исаев В.И., Мальцев А.В. Разработка эффективного способа повышения несущей способности буронабивной сваи // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 73-й Всерос. науч.-техн. конф. по итогам НИР. – Самара: СГАСУ, 2016. – С. 206–210.
Леонтьев А.И., Мальцев А.В., Исаев В.И. Оценка несущей способности вибронабивных свай с нижним опорным уширением по результатам физического эксперимента на моделях в лотке // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: сб. ст. / Самар. гос. техн. ун-т. – Самара, 2017. – С. 307–310.
Олгун М., Фидан Б., Енгинар Я. Модельные исследования бокового давления грунта на буровые сваи в сухих и водонасыщенных песках // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2019. – № 4. – С. 29.
Оценка несущей способности буровой сваи для строительства высотного здания с развитым подземным пространством / А.И. Осокин, В.В. Конюшков, И.П. Дьяконов, В.Ч. Ле // Вестник гражданских инженеров. – 2019. – № 4 (75). – С. 58–67.
Ляшенко П.А., Шмидт О.А. Анализ результатов испытаний натурных буровых свай статической нагрузкой в глинистых грунтах // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: сб. ст. по материалам IX Всерос. конф. молодых ученых. – 2016. – С. 824–825.
Борозенец Л.М., Ушакова Е.А. Экспериментально-теоретическое исследование несущей способности основания буровых свай // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2016. – Т. 16, № 2. – С. 5–10.
Марченко К.И., Башмакова А.Н., Калашник Ж.В. К вопросу о влиянии зон максимальных боковых горных давлений на устойчивость стенок скважин астраханского ГКМ // Геология, география и глобальная энергия. – 2014. – № 3 (54). – С. 150–153.
Гайдаров М. М-Р., Бельский Д.Г. Устойчивость глинистых пород при строительстве скважин: обзорная информация. – М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2014. – 100 с.

11. Бартоломей А.А., Омельчак И.М., Юшков Б.С. Прогноз осадок свайных фундаментов. – М.: Стройиздат, 1994. – 384 с.

12. Соколов Н.С. Выбор типа буровых свай по технико-экономическим параметрам // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции:
материалы IV Междунар. (X Всерос.) конф. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. гос. ун-та им. И.Н. Ульянова, 2018. – С. 430–438.

13. Цытович Н.А. Механика грунтов: Полный курс. – 5-е изд. – М.: ЛЕНАНД, 2014. – 640 с.

14. Мангушев Р.А., Усманов Р.А. Механика грунтов. Решение практических задач: учеб. пособие для среднего профессионального образования. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Юрайт, 2019. – 109 с.

15. Спрыжков А.М. Особенности расчета подпорных стен и буронабивных свай // Строительный вестник Российской инженерной академии: тр. секции «Строительство». – 2009. – Вып. 10. – С. 201.

Основной целью реконструкции аэропорта «Сокол» является обеспечение соответствия инженерной инфраструктуры современным требованиям обслуживания авиаперевозок и транспортной безопасности. На наш взгляд, в список объектов реконструкции, в который сейчас входят перрон, светосигнальное оборудование, два контрольно-пропускных пункта, система освещения мест стоянок воздушных судов, сети водоснабжения, связи, тепла, периметровое ограждение и др., в обязательном порядке должен войти и пассажирский терминал. Пока он в указанном списке отсутствует.

В статье рассматривается проблема определения надежности и дальнейшей эксплуатационной пригодности основания и фундаментов пассажирского терминала в магаданском аэропорту «Сокол» со сроком службы более 50 лет. В этой связи дается краткое описание природных условий территории размещения указанного объекта. Особенность района строительства состоит в его сейсмичности (до 8 баллов), глубоком сезонном промерзании и островном распространении многолетнемерзлых грунтов.

Проблема обусловлена тем, что это здание, состоящее из двух самостоятельных блоков, каждый из которых возводился в разные годы на разных видах свайных фундаментов, практически после ввода их в эксплуатацию начинал подвергаться деформациям. Эти деформации проявлялись и проявляются сейчас на наружных и внутренних стенах в виде трещин разных размеров. Попытка определения их причин производилась в период осуществления строительства второй половины здания, но она совпала по срокам с распадом СССР, поэтому не была доведена до логического конца. Объект сдан в эксплуатацию без исправления имеющихся ошибок в устройстве основания и фундаментных конструкций, а также необходимых в таких случаях укрепительных мероприятий. В дальнейшем здесь ограничивались лишь периодическим косметическим ремонтом и выводом из эксплуатации наиболее опасных для посещения помещений.

В представленной работе дается оценка весьма сложных природных условий территории (климат, островная деградирующая мерзлота, сейсмика), где более полувека функционирует аэропорт «Сокол». За это время многие объекты его инженерной инфраструктуры в результате негативного взаимодействия с окружающей средой получили заметный физический и моральный износ. К ним относится и пассажирский терминал. В этой связи они практически все нуждаются в современной модернизации и реконструкции, тем более что аэропорт «Сокол» получил международный статус федерального значения.

В статье обосновывается необходимость геотехнического обследования основания и фундаментов деформирующегося здания. Выполнение этой работы
обусловлено предполагаемым перепрофилированием проблемного сооружения под грузовой терминал. Результаты обследования будут использованы при проектировании нового пассажирского терминала.

Ключевые слова:

аэропорт, свайный фундамент, де­формации, геотехническое об­сле­дование, деградирующая мерз­лота, сейсмика, изыскания, статическая нагрузка.

Власов Владимир Петрович – кандидат технических наук, доцент, e-mail: svnims@mail.ru.

Болотин Александр Викторович – кандидат химических наук, доцент, e-mail: alexandr_bolotin@mail.ru.

Сергеев Сергей Михайлович – доцент, e-mail: gavroch1960@mail.ru.

Лунегова Анастасия Антоновна – кандидат экономических наук, доцент, е-mail: laaru@rambler.ru.

1. Yakutia.ru. График температуры грунта за 2018–2019 год. Магаданская обл. [Электронный ресурс]. – URL: https://atlas-yakutia.ru/weather /2017/temp/magadan_t_grunt_2017.php (дата обращения: 3.09.2018).

2. О сейсмической опасности Магаданской области / С.Б. Малиновский, В.М. Шарафутдинов, С.В. Мишин, Л.В. Шарафутдинова // Колыма. – 2005. – № 1. – С. 27–32.

3. Власов В.П. Проблемы надежности оснований и фундаментов в Магаданской области // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2004. – № 2. – С. 24–29.

4. Власов В.П., Присяжной В.Б. Геокриологические проблемы эксплуатационной надежности пассажирского терминала в аэропорту «Магадан» // Геотехника в криолитозоне: материалы 5-й конф. геокриологов России / МГУ им. М.В. Ломоносова, 14–17 июня 2016 г. Т. 1. Ч. 1–4. – М.: Университетская книга, 2016. – С. 66–70.

5. Geokniga.org. Государственная геологическая карта Российской Федерации [Электронный ресурс]. – URL: http://www.geokniga.org/sites/geokniga/files/mapcomments/p-56-xxxi-palatka-gosudarstvennaya-geologicheskaya-karta-rossiyskoy-federacii-.pdf (дата обращения: 3.09.2018).

6. Architect.49gov.ru. Обновление схемы территориального планирования Магаданской области. Т. 1. Современное состояние и потенциал развития Магаданской области [Электронный ресурс]. – URL: https://architect.49gov.ru/common/upload/file/tom_1_.pdf (дата обращения: 3.09.2018).

7. Материалы инженерно-геологических изысканий на объекте «Вторая очередь аэровокзала в аэропорту г. Магадана / МагаданпромстройНИИпроект. – Магадан, 1991.

8. Cyberleninka.ru Гидрогеологические трансформации при строительстве и эксплуатации аэропорта «Магадан» на Северо-Востоке России [Электронный ресурс]. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/gidrogeologicheskie-transformatsii-pri-stroitelstve-i-eks­plua­ta­tsii-aeroporta-magadan-na-severo-vostoke-rossii (дата обращения: 3.09.2018).

9. Конаш В.Е. Свайные фундаменты в условиях островного распространения вечномерзлых грунтов (на примере Магадана). – Л.: Стройиздат, 1977. – 100 с.

10. Власов В.П. Особенности свайного фундаментостроения в талых и оттаивающих грунтах Магаданской области. – Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 1992. – 176 с.

11. Рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов зданий и сооружений на оттаивающих и талых грунтах Магаданской области / авт.-сост. В.П. Власов, С.А. Гулый, Р.В. Чжан; отв. ред. Г.П. Кузьмин. – Якутск: Изд-во ВГБУН «Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН», 2012. – 64 с.

12. Studwood.ru. Микроземлетрясения [Электронный ресурс]. – URL: https://studwood.ru/
1243003/geo­grafiya/mikrozemletryaseniya (дата обращения: 3.09.2018).

13. Комплексное обследование в стадии незавершенного строительства деформирующегося здания аэровокзала а/п Магадан с выявлением причин деформаций и разработкой предложений по его усилению: техн. отчет / МагаданпромстройНИИпроект – МНИиПП «СтройНИП». – Магадан, 1991.

14. Wikiredia.ru. Сокол (аэропорт) [Электронный ресурс]. – URL: http://wikire­dia.ru/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BB_(%D0%B0%D1%8D%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82)  (дата обращения: 3.09.2018).

15. Dic.academic.ru. Аэропорт «Магадан» (Сокол) [Электронный ресурс]. – URL: https://
dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/617450 (дата обращения: 3.09.2018).

Современное оборудование для систем теплоснабжения бытовых потребителей, общественных зданий характеризуется значительным разнообразием конструктивного исполнения и эффективности. Теплогенераторы на газовом топливе обладают рядом преимуществ по сравнению с устройствами на других видах органического топлива. Основные преимущества газоиспользующих теплогенераторов заключаются в уменьшении выбросов в окружающую среду, увеличении коэффициента полезного действия. Для потребителей также важными аспектами являются экономическое уменьшение затрат на теплоснабжение, возможность управления и регулирования, высокая безопасность современных систем, использующих газовое топливо. Безопасность и высокая эффективность газоиспользующего оборудования зависят от ряда факторов. Во-первых, это использование газового топлива, соответствующего заданным параметрам. Во-вторых, это организация процесса подачи воздуха и удаления продуктов сгорания при сжигании. В-третьих, это процесс подачи газа с заданными параметрами, что определяется процессом функционирования газораспределительной сети. В статье рассмотрена работа газоиспользующего оборудования при различных температурах воздуха, поступающего для горения. В зависимости от установки оборудования температура воздуха на горение может значительно отличаться от температуры, при которой проводилось испытание теплогенераторов. Таким образом, коэффициент полезного действия будет отличаться от заявленного в паспорте при изменении температуры воздуха, поступающего на горение. В газоиспользующем оборудовании имеет место ряд потерь, связанных с химическим, механическим недожогом, потерями с уходящими газами. В работе проведен анализ всех потерь и определен коэффициент полезного действия газоиспользующего теплогенератора мощностью 60 кВт. В результате исследования для заданных условий определен годовой эффект при пересчете на объем газа.

Ключевые слова:

газоснабжение, теплогенератор, га­зовое топливо, коэффициент полезного действия, сжигание газа, газогорелочные устройства.

Белоглазова Татьяна Николаевна  – кандидат технических наук, доцент, e-mail: tabeloglazova@yandex.ru, OrcidID: 0000-0002-8221-0938.

Елькина Анастасия Игоревна  – студентка, e-mail: anastasyanelubina@yandex.ru.

1. Белоглазова Т.Н., Романова Т.Н. Теплоснабжение малоэтажного многоквартирного жилого дома от газовой котельной для условий города Перми [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1–1. – URL: http://science-edu­cation.ru/ru/article/view?id=19712 (дата обращения: 10.07.2019).

2. Выбор эффективных систем газораспределения / Ю.А. Табунщиков, Д.В. Коптев, В.А. Жила, А.К. Клочко, Е.Б. Соловьева // Вестник МГСУ. – 2011. – № 8. – С. 222–229.

3. Беляев И.А. Оценка экономической целесообразности перехода на автономные источники тепла на территории Пермского края // Современные технологии в строительстве. Теория и практика: материалы XI Всерос. молодеж. конф. аспирантов, молодых ученых студентов (27–29 марта 2019). – Ч. 1. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та 2019. – С. 356–365. URL: http://sbornikstf.pstu.ru/council/?n=&s=557 (дата обращения: 20.07.2019).

4. Темукуев Т.Б., Абитов А.М. Энергоэффективность и экономическая целесообразность внедрения поквартирных систем отопления // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. – 2010. – № 3 (35). – С. 100–107.

5. Горлов А.Н. Управление энергосбережением и энергоэффективностью в многоквартирных домах // Успехи современной науки и образования. – 2016. – № 2. – С. 15–18.

6. Филатова Е.Б., Пуринг С.М., Ватузова Д.Н. Анализ надежности систем децентрализованного теплоснабжения // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. – Самара: Изд-во Самар. гос. арх.-строит. ун-та, 2015. – С. 300–305.

7. Прошутинский А.О. Влияние величины давления газа на энергоэкологические показатели работы газового оборудования жилых зданий // Региональная архитектура и строительство. – 2016. – № 2 (27). – С. 133–136.

8. Романова Т.Н. Обеспечение безопасности при эксплуатации бытового газового оборудования // Строительство и техногенная безопасность. – 2018. – № 13 (65). – С. 113–120.

9. Миляев Ф.А., Дубанин В.Ю. Влияние коэффициента избытка воздуха и нагрузки котельных установок на их экономичность [Электронный ресурс] // Энергетика и энергосбережение: теория и практика: материалы Всерос. науч.-практ. конф. – 2017. – С. 149. URL: https://elibrary_32338974_32312905.pdf. (дата обращения: 10.12.2019).

10. Сафин Т.Р., Конахина И.А., Хамидуллина Г.Р. Перспективные методы повышения эффективности котельных установок централизованного, децентрализованного и индивидуального теплоснабжения // Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы – 2018: материалы 9-й Междунар. науч.-техн. конф. – Казань, 2018. – URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32674595 (дата обращения: 22.07.2019).

11. Ковальчук Д.А., Мазур А.В., Груздь С.С. Оценка энергетической эффективности газового конденсационного водогрейного котла как объекта управления // Научные труды Одесской национальной академии пищевых технологий. – 2016. – Т. 80, № 2. – С. 95–99.

12. Moller B., Lund H. Conversion of individual natural gas to district heating: Geographical studies of supply costs and consequences for the Danish energy system // Department of Developing and Planning, Aalborg University, Fibigerstræde 13, DK 9220 Aalborg Ø, Denmark. – URL: https://www.academia.edu/5071100 (дата обращения: 08.11.2019).

13. Karaoglu C., Ozbek A. District heating and power generation based flue gas waste heat recovery // Cukurova University, Institute of Natural and Applied Sciences, Mechanical Engineering Department, Adana, Turkey. – URL: https://dergipark.org.tr/tr/download/article-file/315231 (дата обращения: 08.11.2019).

14. Курицын Б.Н., Медведева О.Н. Иванов А.А. Повышение эффективности использования газового топлива // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2009. – № 5 (2). – С. 284–286.

15. Глухов А.П. Влияние коэффициента избытка воздуха на потери тепла с уходящими газами [Электронный ресурс] // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2013. – № 9 (115). – С. 12–15. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21507820 (дата обращения: 20.07.2019).

16. A review on boilers energy use, energy savings, and emissions reductions / M.C. Barma, R. Saidur, S.M.A. Rahman, A. Allouhi, B.A. Akash, M. Sadiq Sait // Department of Mechanical Engineering, University of Malaya, 50603 Kuala Lumpur, Malaysia. – URL: https://scholar.google.com.tr/citations?user=M0mRc_4AAAAJ&hl=ru (дата обращения: 08.11.2019).

17. Хаванов П.А., Маркевич Ю.Г. Исследование эффективности термоблоков с «закрытой» топкой в поквартирных системах теплоснабжения // Вестник МГСУ. – 2012. – № 12. – С. 199–203.

18. Методы оценки эффективности функционирования газового водогрейного котла / А.Н. Стариков, Е.В. Карцева, И.Б. Брыль, А.А. Иринин // Образование и наука в современных условиях. – 2015. – № 4 (5). – С. 221–228.

19. Котельные установки: учеб. пособие для студентов неэнергетических специальностей вузов. – М.: Энергия, 1977. – 432 с.

20. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / под ред. Н.В. Кузнецова [и др.]. – М.: Энергия, 1973. – 295 с.

Сокращение запасов традиционного природного сырья для производства пористых заполнителей заставляет искать новые способы его замещения различными видами техногенного сырья. В то же время опыт передовых западных стран показал практическую, экономическую, экологическую и техническую осуществимость этого направления и применения еще и как инструмента защиты природной среды от загрязнения. В статье показано, что наиболее целесообразно использовать многотоннажные отходы топливно-энергетического комплекса в производстве теплоизоляционных материалов, например пористых заполнителей, теплопроводность которых не более 0,25 Вт/м·°С. В качестве отощителя и выгорающей добавки использовались отходы флотационного обогащения антрацитов. Отходы флотационного обогащения антрацитов имеют повышенное содержание п.п.п (потери при прокаливании) – 42,4 % – и углерода (С = 13,84 %), поэтому использовались для производства пористого заполнителя не только в качестве отощителя, но и в качестве выгорающих добавок. На основе отходов флотационного обогащения антрацитов и жидкостекольных композиций разработаны составы для получения пористых заполнителей, которые имеют высокие показатели на прочность при сжатии и коэффициент размягчения, при этом марка по насыпной плотности не превышает М400. Исследования показали, что пористость на внешнем виде изделия, в отличие от внутреннего, практически не видна, т.е. отходы флотационного обогащения антрацитов способствуют получению в пористом заполнителе замкнутых пор. Наличие пор изометричной формы и овальной закрытой пористости в пористом заполнителе придает ему механическую прочность, а щелевидные поры оказывают негативное влияние. Разработаны инновационные предложения по получению пористого заполнителя. На разработанный способ получения пористого заполнителя на основе жидкостекольной композиции выдан патент РФ.

Ключевые слова:

пористый заполнитель, керамзит, отходы флотационного обогащения антрацитов, жидкое стекло, пористость.

Абдрахимов Владимир Закирович – доктор технических наук, профессор, e-mail: 3375892@mail.ru, ecun@sseu.ru.

1. Абдрахимов В.З. Использование отходов минеральной ваты в производстве керамических стеновых материалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2019. – Т. 10, № 3. – С. 53–60.

2. Исмаилов Э.К. Экологические и экономические аспекты утилизации золошлаков котельных // Вестник КРСУ. – 2012. – Т. 12, № 6. – С. 117–121.

3. Хансевяров Р.И. Влияние топливно-энергетического комплекса на окружающую среду // Экономика и управление. – 2012. – № 1. – С. 130–135.

4. Estimation of ecotoxicity of petroleum hydrocarbon mixtures in soilbased on HPLC – GCXGC analysis / D. Mao, R. Lookman, H. Van de Weghe, R. Weltens, G. Vanermen, N. De Bruc­ker, L. Dies // Chemosphere. – 2009. – Vol. 7, № 1. – P. 1508–1513.

5. Aging effect of petroleum hydrocarbons in soil under different attenuation Conditions / J. Tang, X. Lu, Q. Sum, W. Zhu // Agriculture, Ecosystems Environment. – 2012. – Vol. 149. – P. 109–117.

6. Biodegradation of semi- and non-volatile petroleum hydrocarbons in aged, contaminated soils from a sub-Arctic site: Laboratory pilot-scale experiment at site temperatures / W. Chang, M. Dyen, L. Spagnuolo, P. Simon, L. Whyte, S. Ghoshal // Chemosphere. – 2010. – Vol. 80. – P. 319–326.

7. Human risk assessment of contaminated soils by oil products: total TPH content versus fraction approach / J. Pinedo, R. Ibbez, J. Lizen, P.A., A. Irabien // Hum Ecol. Risk Assess. Int. J. – 2014. – Vol. 20, N 5. – P. 1231–1248.

8. Study of the Effect of Al2O3 on Acid and Thermal Shock Resistance of Acid-Resistant Refractories Using a Regression Analysis Method / A.K. Kairakbaev, V.Z. Abdrakhimov, E.S. Abdrakhimova, A.V. Kolpakov // Refractories and Industrial Ceramics. – 2015. – Vol. 56, iss. 3. – P. 276–280.

9. Abdrakhimov V.Z., Abdrakhimova E.S. Study of Phase Composition of Ceramic Materials Based on Nonferrous Metallurgy Chemical, and Petrochemical Industry Aluminum-Containing Waste // Refractories and Industrial Ceramics. – 2015. – Vol. 56, iss. 5. – P. 5–10.

10. Сулейменов С.Т. Физико-химические процессы структурообразования в строительных материалах и минеральных отходов промышленности. – М.: Монускрип, 1996. – 298 с.

11. Сайбулатов С.Ж., Сулейменов С.Т., Ралко А.В. Золокерамические стеновые материалы. – Алма-Ата: Наука, 1982. – 292 с.

12. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Абдрахимова И.Д. Получение теплоизоляционного материала на основе жидкого стекла и отходов углепереработки, образующихся при обогащении коксующихся углей // Уголь. – 2017. – № 4. – С. 64–67.

13. Абдрахимов В.З., Колпаков А.В., Кайракбаев А.К. Исследование физических свойств теплоизоляционного кирпича методом линейной регрессии // Строительство и реконструкция. – 2015. – № 3. – С. 110–116.

14. Селиванов Ю.С., Верещагин В.И., Шильцина А.Д. Получение и свойства пористой строительной керамики // Известия Томского политехнического университета. – 2004. – № 1. – С. 107–110.

15. Влияние топливосодержащих отходов на структуру пористости теплоизоляционного материала / Е.С. Абдрахимова, И.Ю. Рощупкина, В.З. Абдрахимов, А.В. Колпаков // Строительство и реконструкция. – 2018. – № 2. – С. 113–120.

16. Особенности поровой структуры стеновых керамических материалов на основе углеотходов / А.Ю. Столбоушкин, А.И. Иванов, С.В. Дружинин, В.Н. Зоря, В.И. Злобин // Строительные материалы. – 2014. – № 4. – С. 46–48.

17. Керамические строительные материалы с улучшенными теплоизоляционными свойствами / В.П. Лузин, А.В. Корнилова, К.Г. Николаев, Л.П. Лузина // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. – № 8. – С. 32–36.

18. Лотов В.А., Кутугин В.А. Формирование пористой структуры пеносиликатов на основе жидкостекольных композиций // Стекло и керамика. – 2008. – № 1. – С. 6–10.

19. Григорьев П.Н. Матвеев М.А. Растворимое стекло. – М.: Стройиздат, 1956. – 443 с.

20. Конев В.И., Данилов В.В. Производство и применение растворимого стекла. – Л.: Стройиздат, 1991. – 177 с

21. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Высокопористый теплоизоляционный материал на основе жидкого стекла // Физика и химия стекла. – 2017. – Т. 43, № 2. – С. 222–230.

22. Способ получения водостойкого пористого заполнителя: пат. Рос. Федерация / Абдрахимов В.З., Семенычев В.К., Куликов В.А., Абдрахимова Е.С., Вдовина Е.В. – № 2476394; заявл. 27.04.2010; опубл. 20.08.2011. Бюл. № 23.

23. Павлов В.Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики. – М.: Стройиздат, 1977. – 240 с.

Создание композиционных материалов с использованием механоактивированного техногенного сырья на сегодняшний день актуально в составе масштабной задачи строительно-технологической утилизации техногенных образований. Изменение кристаллической структуры с помощью механохимии повышает активность техногенных продуктов: увеличивается число коагуляционных контактов разнородных частиц, ускоряется образование продуктов гидратации, повышается пластическая прочность твердеющей смеси.

Статья посвящена исследованию механизма структурно-реологических превращений бесцементной системы твердения на основе сталеплавильного активированного сырья.

В качестве сырья использовались сталеплавильные шлаки – энергонасыщеные крупнотоннажные отходы Западно-Сибирского металлургического комбината
(г. Новокузнецк). В качестве активаторов – отходы угольной промышленности шахты «Абашевская» (г. Новокузнецк): горелые породы с терриконика и шламы, полученные нейтрализацией известью электролитов отработанных кислотных аккумуляторов, аккумуляторных батарей промышленного транспорта. На основе используемого механоактивированного техногенного сырья получен вяжущий композиционный материал матричной структуры.

Для оценки структурных и вещественных изменений твердеющей системы были проведены комплексные физико-химические исследования: ИК-спектроскопия, термогравиметрический и рентгенофазовый анализ. Методом электронной микроскопии исследована структура камня.

Было установлено, что матричная структура композиционного материала представляет собой дисперсионную среду: матрицу из плотных мелкозернистых масс гидрата сульфата кальция, дисперсную фазу из пластинчатых кристаллов кварца и оксида магния и трубчатых кристаллов ортосиликата кальция и переходный межфазный слой из структурированных зерен гидросульфоалюмината кальция.

В процессе формирования структуры взаимозависимость фаз сопровождалась последовательным переходом одних видов структур в другие: коагуляционная → кристаллизационно-конденсационная → кристаллизационная.

В статье представлены результаты самоорганизации структуры, рассмотрено взаимодействие оксидных систем в процессе гидратации, установлены основные минеральные новообразования, обладающие вяжущими свойствами и обеспечивающие прочные связи между структурообразующими компонентами.

Ключевые слова:

техногенное сырье, механоактивация, бесцементное вяжущее, матричная структура, композиционный материал.

Корнеева Елена Викторовна – кандидат технических наук, доцент, e-mail: korneev_va@list.ru.

Бердов Геннадий Ильич – доктор технических наук, профессор.

Созинов Сергей Анатольевич – кандидат физико-математических наук, руководитель центра, e-mail: kemsc@kemsc.sbras.ru; prezidium@kemnet.ru.

1. Ткач Е.В., Есенбаева А.А., Чердабаев Б.А. Фазовый состав и нанопористая структура шлакового камня // Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030»: материалы Междунар. научн. конф. (Сагиновские чтения № 2). – Караганда, 2010. – С. 366–368.

2. Щербак С.А. Научные основы управления структурой строительных материалов на основе металлургических шлаков: дис. … д-ра техн. наук. – Днепропетровск, 2001. – 345 с.

3. Воронин К.М. Стабилизация структуры и свойств мартеновского шлака для повышения эффективности его использования в строительстве: дис. … канд. техн. наук. – Магнитогорск, 1997. – 130 с.

4. Корнеева Е.В., Бердов Г.И. Формирование бесцементных систем твердения на основе оксидсодержащих техногенных продуктов // Глобальный научный потенциал. – 2016. – № 9 (66). – С. 118–123.

5. Гончарова М.А. Структурообразование и технология композитов общестроительного и специального назначения на основе малоиспользуемых отходов металлургии: автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Воронеж, 2012. – 39 с.

6. Корнеева Е.В., Бердов Г.И. Использование электросталеплавильного шлака в производстве бесклинкерного вяжущего// Вестник ЮУрГУ. – 2018. – Т. 1, № 3. – С. 35–39.

7. Бесцементное вяжущее: пат. Рос. Федерация / Корнеева Е.В. – № 2542074; заявл. 19.02.14, опубл. 20.02.15, Бюл. № 5.

8. Теоретические основы и технологические аспекты создания нового нанодисперсного силикатного вяжущего из вторичных минеральных ресурсов с использованием механохимии / С.И. Павленко, М.В. Луханин, Е.Г. Аввакумов, Е.В. Корнеева. – Новосибирск: СО РАН, 2013. – 106 с.

9. Болдырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических веществ. – Новосибирск: Наука, 1983. – 64 с.

10. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. – Новосибирск: Наука, 1986. – 304 с.

11. Механохимия создания материалов с заданными свойствами / О.В. Андрюшкова, В.А. Полубояров, И.А. Паули, З.А. Коротаева. – Новосибирск: НГТУ, 2010. – 352 с.

12. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов Е.Н. Активация минералов при измельчении. – М.: Недра, 1988. – 208 с.

13. Сычев М.М. Некоторые вопросы химии активации шлаков // Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции. – Киев, 1979. – С. 45.

14. Румянцева Е.Л., Казарян Д.Б. Техногенные отходы – сырье для химической переработки // Экология России и сопредельных территорий: материалы XIII Междунар. эколог. студ. конф., Новосибирск, 24–25 октября 2008 г. – Новосибирск, 2008. – С. 100–101.

15. Баженов Ю.М., Воробьев В.А., Илюхин А.В. Задачи компьютерного материаловедения строительных композитов // Изв. вузов. Серия: Строительство. – 2000. – № 12. – С. 25–30.

Обоснована актуальность проектирования и строительства загородных домов в стиле «фахверк». Приведено определение понятия «фахверк». Перечислена система критериев, характеризующих данный тип конструкции: наличие каркаса
с раскосами и ограждающего заполнения различными материалами – глиной, керамическим кирпичом, природным камнем и др.

Отмечено, что стекло является одним из самых популярных материалов, используемых в строительстве, в том числе индивидуальных домов. Раскрыто понятие стеклянного фахверка как каркаса с элементами остекления.

Указано, что с появлением новых строительных материалов и инструментов строительство загородных домов по технологии «cтеклянный фахверк» претерпело много изменений, которые коснулись фактически всех элементов конструкции дома: фундамента, каркаса, системы стыков, крыши, кровли и стекла. Описана современная технология строительства стеклянного фахверка.

Обсуждены требования, предъявляемые к стеклопакетам фахверка: высокая прочность, повышенная звуко- и теплоизоляция, защита от солнечного ультрафиолета. Приведен широкий спектр стеклопакетов, удовлетворяющих этим требованиям: солнцеотражающие, энергосберегающие, мультифункциональные и безопасные (триплек) стекла.

Рассмотрены преимущества и недостатки загородных стеклянных фахверковых домов. Показано, что индивидуальность стеклофахверкового загородного дома достигается вариантностью его остекления: рамным, безрамным, а также в зависимости от процента остекления дома.

Сделан вывод о перспективности загородных домов в стиле «стеклянный фахверк» для регионов России с учетом применения новых строительных материалов.

Ключевые слова:

загородный дом, стеклянный фах­верк, каркас, стекло, современная технология строительства.

Зубарева Галина Ивановна – доктор технических наук, профессор, e-mail: zubarevag@inbox.ru.

1. Gerner M. Fachwerk macht Schule. – Fulda: Arbeitsgemeinschaft Gerner, M. Holzbau. Reiseskizzen und Notizen. – Fulda: Deutsches Zentrum für Handwerk und Denkmalpflege, 1996. – 118 s.
2. Гавриков Д.С., Ким C. О соответствии фахверкового строительства критериям устойчивого развития // Социальные и экономические проблемы градостроительства и архитектуры: тр. 10-й Всерос. и 8-й Междунар. науч.-практ. конф. – М.: МГСУ, 2011. – С. 37–40.
3. Foppl A. Das Fachwerk im Raume. Books on Demand. – 2012. – 68 p.
4. Gerner M. Fachwerk. Entwicklung, Entstandsetzung, Neubau. – Muenchen: Deutsche Verlags-Anstalt, 2007. – 224 p.
5. Гавриков Д.С. Терминологическое уточнение понятия «фахверк» // В мире научных открытий. – 2010. – № 6.3 (12). – C. 115–117.
6. Сайт Ремответ. – URL: http://www.remotvet.ru/questions/19529-kakaja-samaja-prostaja-shema-fahverkovogo-doma.html (дата обращения: 25.12.2019).
7. Родионовская И.С., Гавриков Д.C. От фахверка к стеклофахверку // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. – 2012. – № 4. – С. 53–56.
8. Князева В.П. Экологические аспекты выбора материалов в архитектурном проектировании. – М., 2006. – 293 c.
9. Гавриков Д.С. Анализ и систематизация концепций фахверковой архитектуры // AMIT. – 2015. – № 4 (33). – C. 1–14.
10. Сайт Regent décor. – URL: http://www.regent-decor.ru/lib/articles/architecture/style-fahverk-i-shale-v-arhitekture.html (дата обращения: 30.12.2019).
11. Гавриков Д.С. Эволюция понимания основ теории фахверковой архитектуры // Архитектура и время. – 2014. – № 2. – C. 6–8.
12. Тарасов А.Е. Новые технологии: энергия стекла // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. – 2012. – № 3. – С. 39–41.
13. Спиридонов А.В., Шубин И.Л., Осипов В.И. Современное состояние и перспективы развития светопрозрачных конструкций в России // Стекло и керамика. – 2013. – № 10. – С. 33–40.
14. АРХ Бюро Антона Никитина. – URL: https://www.6428064.com/fahverk (дата обращения: 22.12.2019).
15. Сайт СтройСМИ. – URL: https://www.stroysmi.ru/stati-ot-ekspertov/steklyannye-doma-mnogie-hotyat-no-ne-mnogie-reshayutsya/ (дата обращения: 17.09.2019).
16. Дидевич А. «Умный» фахверк // Кровельные и изоляционные материалы. – 2013. – № 6. – С. 16–17.
17. Сайт Glassproff.ru. – URL: https://www.glassproff.ru/osteklenie_fahverkovyh_do­mov.html (дата обращения: 04.10.2019).
18. Сайт Мир окон и дверей. – URL: https://prookna.info/konstruktsii-iz-stekla/osteklenie-fahverkovyh-domov.html (дата обращения: 17.09.2019).
19. Сайт KELMAN. – URL: https://stroi-innovatsii.ru/poleznoe/drugoe/bezramnoe-os­te­k­lenie-fak­hverkovykh-domov/ (дата обращения: 23.12.2019).
20. Сайт Germes. – URL: https://ooogermes.ru/articles/steklyanniy-fahverk-preimuschestva-i-nedostatki/ (дата обращения: 05.10.2019).