Сборник трудов конференции СПбГАСУ ч

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

вращение центрифуги было возобновлено, и после достижения 24g началась передача нагрузки на сваю, что зафиксировано, как начало испытания сваи статической нагрузкой. Свая №2 была забита на расстоянии 20 см от сваи №1, а ее испытание проводилось в аналогичных предыдущему условиях.

Таблица 2

Примечание: число в знаменателе – это коэффициент масштабирования для соответствующей единицы измерения, принятый для испытаний в центрифуге [2].

Рис. 2. Опытный образец для центрифуги

По результатам испытаний были получены диаграммы нагрузки-осадки свай, характеризующие взаимодействие сваи с грунтовым массивом (Рисунок 3а) и преобразованы в натурные условия, т. е. в прототип (рис. 3, б). Согласно п. 5 [4] и пп. 2.51-2.55 [5] несущая способность свай Fd (кН) в испытаниях центрифугой вычислена по формуле:

где c— коэффициент условий работы, c = 1; Fu,n — нормативное значение

предельного сопротивления сваи (кН), Fu,n=Fu,n1=421кН; g — коэффициент надежности по грунту, g=1.

61

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 3. диаграммы нагрузки-осадки свай:

а– для моделей свай; б – для прототипа моделей свай

4.Расчет несущей способности свай по основанию

Согласно геологическому разрезу в месте устройства сваи в песчаный грунт объекта «Жилой дом» близ пустыни «Бестас» Алматинской области, Казахстан [6] и п. 4.2 [4], несущую способность Fd (кН) висячей забивной сваи, работающей на сжимающую нагрузку, определим по следующей формуле:

где R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (кН/м2);

A — площадь поперечного сечения сваи (м2); u — наружный периметр поперечного сечения сваи (м); fi — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи (кН/м2); hi — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (м);

5. Сопоставление результатов

По результатам полевых испытаний на объекте «Жилой дом» близ пустыни «Бестас» Алматинской области, Казахстан, проведенных согласно [3], несущая способность свай, рассчитанная по формуле (2), составила Fd=440 кН.

На рис. 4 представлена сопоставительная диаграмма нагрузки-осадки свай в центрифуге и полевых испытаниях.

В табл. 3 представлен сопоставительный анализ результатов несущей способности свай, полученных разными методиками в данной исследовательской работе.

62

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 7. Сопоставительная диаграмма нагрузки-осадки свай

6.Conclusions

1.В этой работе была разработана оптимальная модель свая-грунт с фи- зико-механическими характеристиками и геометрическими параметрами, эквивалентными натурным условиям строительной площадки Жилого дома.

2.Методика забивки и полевых испытаний свай согласно [6–7] была полностью выдержана.Забивка свай осуществлялась специальным электромагнитным молотом, описанный в [5]. Данный молот был адаптирован для конкретных испытаний в центрифуге при ускорении в 24g.

3.Для определения значения передаваемой на модель сваи постоянной нагрузки был выведен специальный коэффициент конвертации К=11,3453.

4.Испытания при помощи центрифуги позволяют смоделировать работу свай в грунтах, идентичных натурным условиям. Наблюдение за сваями

вцентрифуге во время испытаний показало их схожее натурным условиям поведение.

5.Согласно результатам испытаний, существуют небольшие различия между несущими способностями свай, полученными в центрифуге и полевыми испытаниями. Расхождение составляет 4,5 %. Несущая способность

63

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

свай по основанию составила 442,2 кН. Расхождение со значением в центрифуге составляет около 5 %.

6. Результаты испытаний показали, что центрифуга является хорошей альтернативой для исследования работы свай в грунте. Модельные испытания в центрифуге позволяют прогнозировать реальное поведение и определять несущие способности грунтов или сооружений из грунта и могут оказать значительный экономическийэффект по сравнению с полевыми испытаниями.

Литература

1.ASTM D4253(4)-83, «Standard test methods for maximum index density and unit weight of soils using a vibratory table».

2.D.M. Wood, «Geotechnical modeling», Spon Press. ISBN 0-415-34304-6 (hbk), ISBN 0-419-23730-5 (pbk). США, Канада, (2004), стр. 246-247 и 269-308.

3.ГОСТ 5686-94 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

4.CНиП РК 5.01-03-2002 Свайные фундаменты

5.СНиП РК 5.01-01-2002 Основания зданий и сооружений

6.А.Ж. Жусупбеков, Е.Б. Утепов, Р.Е. Лукпанов, С.Б. Енкебаев, «Полевые испытания на объекте «Жилой дом» близ пустыни «Бестас» Алматинской области, Казахстан», Научный журнал «Вестник ЕНУ», вып. 4-2012, Астана, Казахстан, стр. 62-71.

7.D. Levacher, Y. Morice, C. Favraud, L. Thorel, «A review of pile drivers for testing in centrifuge», Xèmes Journées Nationales Génie Côtier – Génie Civil, (2008), Sophia Antipolis, France, pp. 573-584.

8.Ye.B. Utepov, «Comparative analysis of the results of numerical modeling and field tests of soils by piles», Proceedings of the 7AYGEC, Tokushima, Japan, (2012), pp. 179-183.

9.Ye.B. Utepov, A.Zh. Zhussupbekov, Zh.A. Shakhmov, S.B. Yenkebayev, R.E. Lukpanov, «Researching of field load tests of piles on construction sites in Astana», Proceedings of the Korea-Kazakhstan Joint Geotechnical Seminar, Incheon, Korea, (2012), pp. 135-142.

УДК 624.138.9

Д.Г. Золотозубов, О.А. Золотозубова

(ФГБОУ ВПО ПНИПУ, Пермь)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Геосинтетические материалы применяются в различных отраслях строительства, например, при сооружении полигонов ТБО, при строительстве дорог и т. д. При сооружении полигонов ТБО геосинтетические материалы применяются в качестве гидроизоляции основания и рекультивационного слоя, как альтернатива глиняному замку, в качестве защитного слоя, а так же поверхностного дренажа [1].

64

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

При строительстве полигонов ТБО используются различные виды геосинтетических материалов. Они применяются как для улучшения свойств оснований (армирование грунтов с целью повышения несущей способности), так и для предотвращения проникновения вредных веществ из тела полигона в окружающую среду. В последнем случае используются в основном два вида геосинтетических материалов: геотекстиль (типа «дорнит») – для устройства дренажа, геомембрана – для устройства гидроизоляции, например, в виде противофильтрационной мембраны и закрытие сверху полигона после заполнения отходами перед проведением рекультивации.

Как показывают многочисленные российские и зарубежные исследования и примеры практического использования, использование геосинтетических материалов позволяет снизить затраты на сооружение оснований, в основном за счет применения местных, а не привозных материалов, и снижения сроков строительства, и создание рекультивационного слоя при закрытии полигонов ТБО.

Для материалов, применяемых при сооружении полигонов ТБО, актуальным является знание таких характеристик как прочность геосинтетического материала на разрыв, сопротивление проколу, сопротивление продавливанию. Это связано с необходимостью обеспечения большей несущей способности оснований хранилищ отходов, долговечности материалов, используемых при строительстве, и обеспечить экологическую безопасности окружающей среды от инфильтрации вредных агентов полигонов в окружающий грунтовый массив и в окружающую среду.

Из перечисленных выше характеристик наиболее изученной является такая характеристика, как прочность геосинтетического материала на разрыв. На кафедре «Строительное производство и геотехника» ФГБОУ ВПО ПНИПУ проводились и проводятся в настоящее время эксперименты по изучению прочности на разрыв различных геосинтетических материалов [2, 3] и их связь с другими характеристиками, а также исследования по применению геосинтетических материалов для улучшения характеристик грунтов. Для этого проводятся экспериментальные исследования по применению различных способов армирования грунтовых оснований в сложных инженерногеологических условиях, в том числе, изучение влияния глубины расположения армирующих слоев [4], армирования сезоннопромерзающих грунтов [5], использование грунтовых свай в оболочке из геосинтетическихматериалов [6].

Сопротивление проколу и сопротивление продавливанию геосинтетических материалов, а также их возможная связь между собой и с другими характеристиками, изучены в меньшей степени. Экспериментальные исследования в этих направлениях в настоящее время проводятся на нашей кафедре несколькими научно-исследовательскими группами [7, 8].

Целью научных исследований авторов является изучение: взаимосвязи различных характеристик сопротивления механическим воздействиям, способности геосинтетических материалов сопротивляться различным внешним

65

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

воздействиям. На основе этого разрабатывается методика оптимального выбора материала для улучшения свойств грунтов, в частности при строительстве полигонов ТБО [7].

Для проведения исследований применяются приборы МТ 375 для определения сопротивления материала подающему конусу и МТ 136 машина испытательная разрывная.

Прибор МТ 375 предназначен для определения сопротивления подающему конусу геотекстильных (нетканых, тканых, трикотажных) и других материалов, создаваемых на их основе (геокомпозитов, в том числе геодренов) по методу ISO 13433. Сопротивление проколу определяет сопротивляемость материала механическим воздействиям, которые возможны в процессе производства работ и эксплуатации. Этот показатель весьма важен для геомембран и геотекстилей. Результаты испытаний помогают обосновать выбор толщины геомембраны, в некоторых случаях и материала, из которого она изготовлена и материала, для того, чтобы обеспечить герметичность гидроизоляции в контакте с различными материалами и плотность геотекстиля, необходимую для обеспечения защитной функции. Сопротивление проколу характеризуется средним диаметром повреждений с указанием вариационного коэффициента испытаний.

Машина испытательная разрывная МТ 136 предназначена для измерений силы (нагрузки) и деформации (удлинения) при испытаниях на растяжение, сжатие и изгиб на образцах контролируемого материала (нити, ленте, текстильной ткани, проволоке, пленке, пластмассе, резины, черных и цветных металлов и других материалов в пределах технических возможностей машины).

Принцип действия машины основан на преобразовании силоизмерительным тензорезисторным датчиком силы натяжения, приложенной к испытываемому образцу в аналоговый электрический сигнал, изменяющийся пропорционально силе натяжения испытываемого образца. Далее электрические сигналы от датчика подаются на блок аналогово-цифрового преобразователя, где аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой код, который передается в микропроцессорный прибор или ЭВМ.

Эксперименты проводились с двумя типами геосинтетических материалов: нетканый геотекстиль типа «дорнит» и геомембрана из полиэтилена высокой плотности. Такой выбор связан с тем, что при строительстве полигонов ТБО это наиболее часто используемые материалы.

На первом этапе испытания проводились на приборе МТ 136. Использовались образцы материала шириной 50 мм, зажимная длина составляла 100 мм. Разрыв, как правило, проходит по наиболее слабому сечению, хорошо просматривается «шейка» (рис. 1, а). В результате испытаний были получены диаграммы зависимости растягивающего усилия от удлинения для каждого материала.

66

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 1. Испытание на разрыв геомембраны: а – цельный материала, б – материал с проколом

На втором этапе, проходили испытания на приборе МТ 375 (рис. 2). Были измерены диаметры отверстий, образовавшихся в результате падения конуса. По результатам десяти испытаний для каждого материала среднее значение для геомембраны составило 3 мм, для геотекстиля – 21 мм.

Необходимо отметить, что для мембраны была характерна однородность результатов, тогда как диаметры отверстий в текстиле составляли от 17 до 29 мм. Это можно связать с неоднородностью «дорнита».

Третьим этапом стало испытание на разрыв образцов с проколом. Для каждого материала было проведено по десять экспериментов. Разрушение проб происходило по наиболее слабому сечению, проходящему через место прокола (рис. 1, б).

В результате проведения испытаний в управляющей программе разрывной машины были построены графики зависимости нагрузки (в кгс) от удлинения (мм) для каждого образца. Полученные данные были обработаны, что позволило вывести зависимость нагрузки на единицу ширины (в кН/м) от относительного удлинения (в %).

По полученным графикам видно (рис. 3), что результаты испытания геотекстиля имеют значительный разброс, как и при проколе, что не позволяет вывести определенной зависимости. Это может быть связанно со структурой материала, его характеристиками. Однако при анализе средних результатов было получено, что образование прокола значительно повлияло на прочность материала, снизив ее на 21 %, максимальное усилие разрыва уменьшилось на 1 7%.

67

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Рис. 2. Испытания геосинтетки на прокол

Рис. 3. Диаграммы зависимости растягивающего усилия от удлинения для геотекстиля типа «дорнит»

На графиках пунктирной линией обозначены результаты испытания образцов без прокола, сплошной – с проколом.

По сводному графику испытаний геомембраны (рис. 4) можно определить, что образцы с проколом и без разрушаются одинаковым образом. Повреждение материала практически не повлияло на его прочность и максимальное усилие. Вместе с тем существенно уменьшилось относительное удлинение.

68

Раздел 4. Лабораторные и полевые исследования грунтов и фундаментных конструкций…

Рис. 4. Диаграммы зависимости растягивающего усилия от удлинения для геомембраны

На графиках пунктирной линией обозначены результаты испытания образцов без прокола, сплошной – с проколом.

В результате проведенных исследований было выявлено, что прокол по-разному влияет на геосинтетические материалы. В мембране более существенно изменились одни параметры – относительное удлинение εmax, а в текстиле другие – максимальное усилие Fmax и прочность αf, при этом уменьшение значений оказалось примерно равным и составило порядка 21 %.

Значения параметров, полученные по результатам испытаний, представлены в табл. 1 и 2:

69

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы, связанные с проведением экспериментов:

точность и разброс значений результатов зависят от структуры

иплотности материалов

образцы с проколом и без разрушаются по одинаковой схеме

при испытании на разрыв материалов с проколом разрушение всегда происходит по ослабленному сечению

повреждение материала (образование прокола) ухудшает его прочностные характеристики, снижая некоторые показатели

в разных типах геосинтетических материалов образование прокола влияет на различные параметры: у геомембраны уменьшилось относительное удлинение, а у геотекстиля – максимальное усилие и прочность.

Литература

1.Офрихтер В.Г. Геосинтетические материалы в строительстве: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во ПГТУ, 2006. – 52 с.

2.Овчаров А.С., Золотозубов Д.Г. Испытания геосинтетических материалов по прочности на разрыв для оптимального проектирования армированных оснований // Вестник Перм. гос. техн. ун-та. Урбанистика. – 2012. – № 2 (6). – С. 73-81.

3.Овчаров А.С., Золотозубов Д.Г. Определения прочностных характеристик геосинтетических материалов // Вестник Перм. гос. техн. ун-та. Строительство и архитектура. –

Пермь, 2011. – С. 54-58.

4.Пономарёв А.Б., Золотозубов Д.Г. Влияние глубины заложения армирующего материала на несущую способность основания при провалах грунта // Вестник граждан-

ских инженеров. – 2010. – № 2 (23). – С. 100-104.

5.Мащенко А.В., Пономарев А.Б. К вопросу использования армированных сезоннопромерзающих пучинистых грунтов в качестве оснований фундаментов // Вестник Перм. нац. исслед. политех. ун-та. Строительство иархитектура. – Пермь, 2012. – С. 56-80.

6.Шенкман Р.И., Пономарев А.Б. Применение грунтовых свай в оболочке из геосинтетических материалов в геологических условиях города Перми для возведения фундаментов зданий и сооружений // Вестник Перм. нац. исслед. политех. ун-та. Урбанистика. –

Пермь, 2012№ 2 (6). – С. 28-36.

7.Золотозубов Д.Г., Золотозубова О.А. Методы определения характеристик сопротивления механическим воздействиям геосинтетических материалов // Вестник Перм. нац. исслед. политех. ун-та. Строительство иархитектура. – Пермь, 2013. – №. 1. – С. 97-103.

8.Татьянников Д.А., Клевеко В.И. Влияние сжимаемости армирующего материала на осадку фундамента при штамповых модельных испытаниях, на примере геокомпозита // Вестник Перм. нац. исслед. политех. ун-та. Строительство и архитектура. – Пермь, 2013. – №. 2. – С. 124-130.

70