Сборник трудов конференции СПбГАСУ 2014 ч

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

цессе выравнивания являются строительные объекты, основания которых сложены мергелистыми грунтами, когда при температуре 60–70о растворяются соли, которые весьма медленно растворяются в холодной воде.

Регулирование осадок фундамента тампонированием части скважин грунтом. Способа регулирования осадок фундаментов только изменением влажности грунтов в перфорированном скважинами слое не всегда достаточно. В практике выравнивания накренившихся объектов часто возникают ситуации, когда на некоторых участках необходимо прекратить или уменьшить интенсивность осадок фундаментов с тем, чтобы выровнять скорости осадок на смежных участках. Такие ситуации возникают, когда в "пятне" здания встречаются локальные участки основания с значительно замоченными грунтами, например, из-за утечек из трубопроводов воды, а чаще из-за нарушения герметизации канализационных выпусков. В этих условиях прекратить или уменьшить осадку фундаментов можно предложенным нами способом тампонирования необходимой зоны пробуренных скважин. Тампонирование необходимой зоны скважин осуществляют путем транспортировки грунта в их полости колонной шнеков с помощью станков горизонтального бурения при обратном вращении шнеков (рис. 1). Процесс тампонирования можно осуществлять как по всей длине скважин, так и отдельных их частей. Для этого из эпюр осадок определяют зоны, где необходимо уменьшить интенсивность осадок, и тампонируют полости только этих зон скважин. Тампонирование скважин осуществляется также поэтапно, например, сначала через три скважины, затем через одну и т. д., контролируя и добиваясь при этом плавного изменения осадок по интенсивности, величине и направленности.

Рис. 1. Технологическая линия тампонирования скважин:

1 – установка горизонтальной проходки; 2 – загружаемый бункер; 3 – шнековая колона; 4 – горизонтальна скважина; 5 – затампонированная часть скважины; 6 – резерв материала для тампонирования

171

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Регулирование осадок фундаментов частичным разрушением целиков грунта. В практике выравнивания встречаются накренившиеся объекты, в основаниях которых залегают грунты практически не размокаемые при увлажнении холодной и горячей водой, например мергелистые грунты. Эти грунты обладают высокой прочностью и после бурения горизонтальных скважин осадки фундаментов на таких основаниях достигают лишь 3...5 % от необходимых, поскольку целики грунтов при перфорации слоя основания под фундаментами разрушаются недостаточно. Увеличивать диаметры и уменьшать шаги скважин с целью уменьшения сечения целиков грунтов между скважинами нельзя, так как это приводит к превышению вынимаемого объема грунта, и, следовательно, к перебору крена выравниваемого объекта. Увлажнение, как было сказано выше, малоэффективно, поскольку целики мергелистого грунта практически размокают очень слабо.

Сложнее ситуация в процессе выравнивания возникает когда под зданием, которое накренилось, в основании залегают разнородные грунты. Таким объектом было здание жилого дома в квартале им. Баракова, 6, г. Краснодона Луганской обл. Со стороны балки залегает мергелистый грунт на расстоянии 5 м по ширине здания, а на остальной части основания мергелистые грунты переходят в лессовидный суглинок, который при аварийном замачивании дал существенные осадки фундаментов при незначительных осадках со стороны балки, что было причиной поперечного крена жилого дома. После бурения скважин осадки фундаментов, часть которых опираются на мергелистые грунты существенно отставали от осадок фундаментов, опирающихся на суглинки. Необходимо было принимать решение по увеличению интенсивности осадок части перфорированного слоя основания, сложенного грунтами повышенной прочности и слабого размокания.

Решение данной проблемы нами найдено на уровне изобретения – ускорение осадки фундаментов на таких грунтах предложено осуществлять путем частичного разрушения целиков грунта между скважинами без выноса разрушенного грунта на поверхность. Разрушение целиков осуществляется разработанным нами специальным устройством, в котором ножи буровой коронки при правом вращении находятся в закрытом состоянии, а при левом вращении ножи раскрываются, увеличивая диаметр скважин и тем самым уменьшая сечение целиков. При этом грунт в части разрушенных целиков осыпается в полость скважины и не выносится на поверхность, сечение целиков уменьшается, увеличивается интенсивность их разрушения и, соответственно увеличиваются осадки фундаментов.

Приведенным способом регулирования осадок успешно осуществлено выравнивание выше указанного жилого здания по ул. Баракова, 6 в г. Краснодон и дымовой трубы высотой 60 м котельной стеклозавода в г. Львове. Часть плиты сплошного фундамента дымовой трубы опирается на основание из мергелистого грунта, а часть – на некачественно уплотненные грунты обратной засыпки котлована при устройстве фундаментов котельной.

172

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Приостановка осадок фундаментов укреплением грунтов. В практике ликвидации кренов высотных сооружений, например дымовых труб, которые могут обладать относительно высокой инерцией движения в пространстве при их выравнивании, возникают ситуации, когда по разным причинам может произойти изменение требуемой направленности вектора перемещения в пространстве. Учитывая гибкость конструкции таких сооружений и достаточную инерционность движения, возникает необходимость в срочной приостановке осадок фундаментов. Такая приостановка осадок достигается путем укрепления грунтов под соответствующей частью фундамента горизонтальным армированием буросмесительной технологией. При этом достижение требуемой направленности вектора перемещения сооружения в пространстве обеспечивается комбинацией выше перечисленных способов регулирования осадок фундамента. На рис. 2 показан пример восстановления требуемой направленности осадок фундамента, обеспечивающей необходимый вектор перемещения сооружения.

Рис. 2. Технологическая схема корректирования плавного изменения направления осадок фундамента круглой формы:

А – вектор крена; В – вектор необходимого контркрена; С – вектор перемещения трубы в неправильном направлении; Ф – фундамент; I - закрепление грунтов в зоне I; II – тампонирование грунтом в зоне II; III – увлажнение грунтов в зоне III; IV – частичное разрушение целиков грунта между скважинами зоны IV

Дымовая труба в процессе эксплуатации накренилась в направлении вектора А. Для ликвидации крена необходимо задать контркрен в направлении вектора В, для чего надо обеспечить осадки фундамента Ф по эпюре В'. После бурения в слое основания под фундаментом горизонтальных веерорасположенных скважин переменных параметров по разным причинам, например из-за различной влажности, осадки фундамента пошли не в направлении вектора В, а сместились в направлении вектора С, т. е. эпюра осадок заняла положение С'.

173

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

Такое явление произошло при выравнивании дымовой трубы высотой 60 м Запорожского автозавода ″ЗапорожДЭУ″, где при подземном расположении борова выходящие газы температурой 300…400 С высушили грунт в его ″пятне″, тогда как под противоположной стороной фундамента грунт был увлажнен, что вызвало крен дымовой трубы. В этой ситуации следует срочно приостановить осадки в направлении С, выполнив укрепление грунтов армированием слоя основания в зоне I. При этом необходимо обеспечить плавное перераспределение жесткости основания с тем, чтобы изменение вектора перемещения дымовой трубы в пространстве в требуемом направлении произошло постепенно и плавно. Для этой цели следует применить приведенный выше комплекс способов регулирования осадок фундамента так, чтоб эпюра осадок постепенно и плавно сместилась и заняла положение В' и соответственно вектор перемещения трубы сместился в направлении вектора В. В данной ситуации технологическими приемами могут быть следующие. В зоне основания II выполнить частичное тампонирование скважин грунтом, в зоне III – увлажнение грунтов вокруг стенок скважин, в зоне IV – частичное разрушение целиков грунтов, упрочненных выходящими горячими газами. Все перечисленные технологические операции выполняются поэтапно одними и теми же станками горизонтального бурения.

Выводы

1.Разработанная технология выравнивания накренившихся объектов управляемым изменением жесткости основания включает два этапа. Первый этап – бурение горизонтальных скважин переменных параметров, при которых происходят технологические неравномерные осадки фундаментов. Второй этап – управление неравномерными осадками фундаментов.

2.Управление неравномерными осадками фундаментов обеспечивается технологическими приемами: ускорение осадок – увлажнением грунтов вокруг стенок скважин, а также частичным разрушением целиков грунта между скважинами без выноса разрушенного грунта на поверхность; замедление осадок – тампонированием части скважин грунтом; приостановка осадок отдельных частей фундамента – укреплением грунтов основания горизонтальным армированием под соответствующими частями фундамента.

Литература

1.Спосiб вирiвнювання будівель, споруд: Пат. України №65455А, Е 02Д 35/00, / Степура I.В., Шокарев В.С., Павлов А.В., Трегуб А.С., Самченко Р.В. (Україна) –

№2003109485; Заява 21.10.2003; Опубл. 15.03.2004, Бюл. №3. – 2004. – 12с.

2.Степура И.В. Об устранении кренов деформированных зданий / И.В. Степура, В.С. Шокарев, А.В. Павлов, Р.В Самченко // Будівельні конструкції. – К.: НДІБК, 2008. –

Вип. 71, кн. 2. – С.119 – 129.

174

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

3.Самченко Р.В. Удосконалення технології вирівнювання нахилених будівель горизонтальним вибурюванням грунту із основи: Афтореф. дис. канд.. техн.. наук. – Дніпропет-

ровськ, 2010. – 19 с.

4.Шокарев В.С. Автоматизированная измерительно-информационная система для мониторинга строительных объектов / В.С.Шокарев, В.И.Чаплыгин, С.В.Хилько, А.В. Пограничный // Будівельні конструкції. – К.: НДІБК, 2004. – Вип. 61. – С.496-501

УДК 624.151

В.С. Глухов, Т.А. Исаева, М.В. Глухова (ПГУАС)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКИ

СУЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОСТИ

Вслучае, когда несущий слой грунта складывается слабыми пылеватоглинистыми, заторфованными грунтами с модулем деформации Е ≤ 7 или илами, использование последнего в качестве естественного основания представляется невозможным и нецелесообразным. Появляется необходимость замены слабого грунта песчаной подушкой, характерной особенностью которой являются высокое сопротивление сдвигу, малая сжимаемость и высокий модуль деформации Е = 20÷30 МПа.

Для анализа выполнен расчет песчаной подушки под одиночный фундамент со следующими грунтовыми условиями:

II 32 ,СII 0; E 25МПа, II 18кН / м3;

М1,34;Мq 6,34; с1 1,4; с2 1,2

Максимальная нагрузка по обрезу фундамента для расчёта по деформациям NII = 2000 кН/м. Основанием служит суглинок. Низ подошвы фундамента располагаем ниже глубины сезонного промерзания грунтов. Глубина заложе-

ния dI = 1,5 м.

Согласно СНиП 2.02.01–83* необходимо выполнить условие расчета по деформациям, в соответствии с которым проектная осадка фундамента S не должна превышать для данного типа сооружения предельную величину осадки Su. Для возможности использования при расчёте осадок рекомендованных СНиПом методов, основанных на теории линейного деформирования грунтов, среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчётного сопротивления грунта:

где P – среднее давление под подошвой фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям; R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле по формуле СП 50-101–2004 [5]:

175

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

размеры фундамента в плане из условия P ≤ R, после чего выполняется расчёт по деформациям. При принятых окончательных размерах песчаной подушки b×l = 2,8×3,4 = 9,5 см² и толщиной h=2,8 м условие расчета выполняется и выглядит следующим образом:

P 240кПа R 330кПа

По результатам расчета совместной деформации песчаной подушки и подстилающего слоя осадка составила S = 26 мм, что значительно меньше предельно-допустимого значения для данного сооружения Su = 100 мм, принятого по приложению Е [5].

При наличии серьезных запасов по осадке S << Su в целях более эффективной работы принятого вида фундамента целесообразно увеличить давление под подошвой фундамента путем уменьшения размеров последней до b×l = = 2,0×2,4м. В этом случае оценка полученной осадки ведется с учетом нелинейности при условии, что давление под песчаной подушкой не превышает

где с – зависит от вида грунта; n-принимается в зависимости от ответственности здания.

В ходе решения поставленной задачи при расчете по несущей способности фундамента методом последовательного приближения окончательно приняты размеры подошвы фундамента b×l = 2,0×2,4 м, давление под последней составляет 510 кПа, соответствует выполнению условия (4):

P < Pр.д.=1580 кПа.

Исходя из вышеуказанного, дальнейший расчет деформации основания ведется с учетом нелинейности по формуле [4]:

где SR – осадка фундамента на песчаной подушке при давлении P = R, расчетное значение которой найдено с помощью программы «Осадка» и составило

176

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Рис. 1. Расчетная схема осадки фундамента на песчаной подушке с площадью 4,8 м²

Осадка с учетом нелинейности составляет

S 46 1.74 80мм Su .

При строительстве в условиях, ограниченных слабыми грунтами, целесообразно устройство фундамента на песчаной подушке, характерной особенностью которой является высокое значение модуля деформации, вследствие чего остаются значительные запасы осадки при расчете последней традиционным методом. Указанное позволяет выполнить расчет деформаций основания

внелинейной постановке задачи путем допущения превышения расчетного сопротивления давлением под подошвой фундамента за счет уменьшения размеров последней до 50 %. Несмотря на значительное увеличение давления

в1,6 раза, последнее не превышает расчетно-допустимого. Надежность данно-

177

Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение

го варианта фундамента обуславливается определением осадки в пределах принятого проектного значения в условиях.

Литература

1.ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету.

2.Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. Пособие/ Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. – М., Высш. шк., 2002.

3.Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений: Учебное пособие к СНиП 2.02.01-83. – М.: Стройиздат,1986

4.Расчет осадок фундаментов при нелинейной зависимости между напряжениями

идеформациями в грунтах// Основания,фундаменты и механика грунтов/ Малышев М. В., Никитина Н. С. – 1982.

5.СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий

исооружений. – М. ГОССТРОЙ России, 2005

УДК. 624.151

В.С. Глухов, Ю.С. Галова (ПГУАС)

НЕОБХОДИМОСТЬ УЧЕТА НЕЛИНЕЙНОСТИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ДЕФОРМАЦИИ КОМБИНИРОВАННОГО ОСНОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ 10-ЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ДОМА № 2 МКР. ВЕСЕЛОВКА г. ПЕНЗЫ

В практике проектирования фундаментов зданий и сооружений на грунтовое основание допускают нагрузку, деформации от которой происходят в основном за счет уплотнения грунта, при этом, как показывает анализ опытных данных, напряженно-деформированное состояние грунта находится далеко от предельного равновесия. Согласно СНиП [1] осадка определяется при давлении, равном расчетному сопротивлению, R и лишь в случаях, когда расчетные деформации основания не превышают 40 % предельных значений, разрешается увеличивать давление под подошвой фундамента до 1,2 R [1]. Однако далеко не для всех грунтовых условий и конструктивных особенностей фундаментов линейная зависимость является ограничением применимости. Повышение экономичности проектного решения возможно при учете нелинейных деформаций оснований и при соответствующем обосновании надежности.

При устройстве ленточных фундаментов очень важно правильно оценить величину ожидаемой деформации слагающих их грунтов под действием нагрузок от сооружений, так как наличие слабого слоя грунта в основании может привести к большим и неравномерным осадкам сооружений. В то же время величины нагрузок, передаваемых основаниям современными сооружениями, достигают значений, при которых слабые грунты переходят в нелинейную стадию деформирования.

178

Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…

Учет нелинейности деформирования грунтов при расчете оснований позволяет более точно определить напряженно-деформированное состояние и тем самым обеспечивает лучший прогноз осадок и величины предельной нагрузки на фундамент. При этом в грунтовых основаниях, особенно в слоях слабого грунта, возможно появление зон, где будут наблюдаться большие деформации.

Расчет комбинированного основания с учетом нелинейности составлен относительно 10-этажного жилого дома № 2 мкр. Веселовка в г. Пензе, которое в геологическом отношении расположен в сложных геологических условиях на слабых глинистых грунтах и колеблющемся уровнем грунтовых вод. В нашем случае комбинированное основание представлено песчаной подушкой. Песчаные подушки являются простейшим видом искусственных оснований. При устройстве слабый грунт заменяют песком или песчано-гравийной смесью. Песчаные подушки используют для передачи давления через подушку фундамента на более прочный грунт по сравнению с несущим слоем естественного основания.

Песчаные подушки применяются в следующих целях:

1)для уменьшения осадки фундаментов, если модуль деформации песка

втеле песчаной подушки больше, чем модуль деформации грунтов основания;

2)для увеличения устойчивости фундаментов, если прочностные характеристики (угол внутреннего трения и сцепление) песка в песчаной подушке большие, чем у грунтов основания;

3)для более равномерной осадки соседних фундаментов за счет перераспределения напряжений на лежащие под подушкой грунты;

4)для уменьшения глубины заложения фундаментов;

5)для замены пучинистых грунтов выше глубины промерзания грунтов;

6)для упрочнения водонасыщенных глинистых грунтов, залегающих ниже песчаной подушки, за счет дренирования поровой воды в песчаную подушку.

Для расчета грунтовых оснований должна использоваться механическая модель неоднородного и нелинейно-деформируемого основания, которая базируется на двух моделях: неоднородного основания и нелинейно-деформи- руемого основания. Необходимо рассматривать нелинейный характер распределения напряжений и деформаций в грунтовых основаниях и способствуют уменьшению толщины песчано-гравийных подушек.

На примере проектирования фундаментов 10-этажного жилого дома № 2

вмкр. Веселовка , г. Пензы выполнены расчеты по выбору ширины подошвы ленточного фундамента на комбинированном основании.

Расчетное сопротивление песчаной подушки примем равным R = 250 кПа. Тогда ширина фундамента принимается размером 1,5 м, из условия

Определяем предельное сопротивление Pu по формуле :

179

Метод “Определение осадки за пределом линейной зависимости между напряжениями и деформациями в грунте”на основании решения М. В. Малышева [3] позволяет определять осадку по формуле:

Sp=SR·Kн , (3)

где Кн– коэффициент нелинейности; Sp – осадка основания при давлении РR = R

Коэффициент Kн можно рассматривать как обобщенную деформационную характеристику слоя грунта непосредственно под подошвой фундамента при работе основания в упругопластической стадии. Такой подход позволяет комплексно учитывать нелинейность и наличие в основании областей допредельного и предельного состояния грунта.

Определяем осадку с учетом нелинейности по формуле (3).

S p= 77,5 · 3,11 = 241 мм

Авторы настоящей статьи считают, что при определении осадки фундамента с учетом нелинейности следует ограничить толщину слоя грунтового основания, в пределах которого учитывается нелинейная зависимость деформаций последнего от давлений.

Известно, что предельное сопротивление грунтового основания Pu соответствует предельной стадии развития зон предельного равновесия, которые распространяются на глубину в пределах половины ширины подошвы фундамента b. Поэтому рекомендуется осадку с учетом нелинейности определять

180