Сборник трудов конференции СПбГАСУ 2014 ч
.1.pdf
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Литература
1.Кожогулов К.Ч., Никольская О.В., Картанбаев Р.С., Сулайманов Н.Ч. Принципы безопасности при проектировании, строительстве и эксплуатации горных дорог. Биш-
кек: изд.: Илим, 2006. С.186
2.Г.А. Кадыралиева «Факторы, влияющие на местную устойчивость откосов горных дорог» Современные проблемы механики сплошных сред вып. 12 Бишкек 2010г С 85.
3.Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов. Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям
встроительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР. Москва Стройиздат 1984. С 5.
4.Ильницская Е.И., Тедер Р.И., Ватолин Е.С., Кунтыш М.Ф., Свойства горных пород и методы их определения. – М., изд-во. «Недра», 1969, 392стр.
УДК 624.151.2:624.138
Т.В. Тронда (БНТУ, г. Минск, Беларусь)
УПРОЧНЕНИЕ СЛАБЫХ ГРУНТОВ ЭЛЕМЕНТАМИ ИЗ СУХОЙ БЕТОННОЙ СМЕСИ
В статье приведены методика и результаты натурного исследования основания, армированного цилиндрическими и коническими вертикальными элементами из сухой бетонной смеси, определена величина упрочнения для каждого инженерно-геологического элемента.
The procedure and results of the full-scale study of the base reinforced with cylindrical and conical vertical elements of the dry concrete mix are presented in the article. The value of
strengthening is determined for each geotechnical stratum.
Введение
Вертикальное армирование при строительстве на слабых грунтах является одной из наиболее эффективных технологий по упрочнению оснований, что доказано исследованиями многих ученых. По сравнению с традиционными способами такая технология позволяет снизить и трудоемкость и материалоемкость. При этом в качестве армирующих элементов зачастую используют забивные, набивные и другие виды свай. Однако в условиях залегания у поверхности больших толщ слабых водонасыщенных грунтов рациональным является применение вертикального армирования основания элементами из сухой бетонной смеси, которые позволяют одновременно дренировать и уплотнять природные грунты.
Вертикальное армирование основания плитного фундамента элементами из сухой бетонной смеси было выполнено при строительстве комплекса жилой застройки «Вивальди» в г. Минске.
221
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Методика и результаты исследования
Инженерно-геологические условия строительной площадки являются сложными: под подошвой фундаментной плиты залегают слабые глинистые грунты с органическими включениями, мергель, мел и заторфованные грунты общей мощностью до 27 м. В связи с этим было принято решение о применении вертикального армирования верхней части основания элементами их сухой бетонной смеси.
При строительстве 3-го пускового комплекса применялись цилиндрические и конические вертикальные армирующие элементы (ВАЭ) с целью лучшего упрочнения основания. Сначала выполнялись цилиндрические армирующие элементы (первая очередь) в шахматном порядке через один, а затем конические (вторая очередь). ВАЭ выполнялись по технологии вибровыштампованных набивных свай следующих размеров:
–цилиндрические – диаметром 325 мм и длиной 3–12 м;
–конические – диаметром оголовка 450 мм и длиной 7 м. Выштампованные скважины заполнялись сухой бетонной смесью клас-
са С12/15.
При этом перед началом устройства ВАЭ была выполнена грунтовая подушка из песка для того, чтобы дать возможность технике спуститься и проводить работы в котловане. Толщина грунтовой подушки составила
1.6м: 1.0 м ниже уровня оголовков ВАЭ и 0.6 м выше.
Сцелью проверки и приема в эксплуатацию армированного основания было выполнено два опытных фрагмента (рис. 1).
В качестве методов исследования использовался метод статического зондирования грунта между ВАЭ до и после их устройства. Всего было выполнено 10 точек статического зондирования – по 5 точек для каждого опыт-
ного фрагмента. Статическое зондирование выполнялось в соответствии с ТКП 45-5.01-15–2005 [1].
Исследования опытных фрагментов показали, что удельное сопротивление грунта под наконечником зонда qs и на участке боковой поверхности fs возрастало по всей глубине как песчаных, так и глинистых грунтов.
По результатам статического зондирования грунтов определена величина упрочнения грунтов, которая характеризуется коэффициентом упрочнения Kу = qs/q’s (qs – удельное сопротивление грунта под наконечником зонда до устройства ВАЭ, q’s – то же, после устройства ВАЭ). Полученные величины коэффициента упрочнения Ку для каждого инженерно-геологического элемента в пределах длины конических ВАЭ приведены в табл. 1.
Из таблицы видно, что происходит упрочнение всех инженерногеологических элементов. Величина упрочнения грунтов по 10 точкам зондирования в среднем составила Ку = 1,85.
222
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Рис. 1. Опытный фрагмент основания, армированного цилиндрическими и коническими вертикальными элементами
223
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Таблица 1
Коэффициент упрочнения грунтов Ку
Наименование грунта |
qs, МПа |
q's, МПа |
Kу |
|
(характеристики грунта до устройства ВАЭ) |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
грунтовая подушка |
6.18 |
12.96 |
2.10 |
|
(песок средний средней прочности) |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
суглинок слабый |
1.47 |
2.61 |
1.78 |
|
(γII=18.6кН/м3, cII=15кПа, φII=21°, Е=3.5МПа) |
||||
|
|
|
||
суглинок средней прочности |
2.33 |
4.57 |
1.96 |
|
(γII=19.7кН/м3, cII=26кПа, φII=25°, Е=8.0МПа) |
||||
|
|
|
||
суглинок и супесь прочные |
6.60 |
9.40 |
1.42 |
|
(γII=19.4кН/м3, cII=22кПа, φII=23°, Е=15.0МПа) |
||||
|
|
|
||
суглинок с примесью органических веществ |
2.86 |
5.62 |
1.97 |
|
(γII=18.1кН/м3, cII=28кПа, φII=5°, Е=9.0МПа) |
||||
|
|
|
Заключение
Таким образом, в результате проведенного натурного исследования основания, армированного вертикальными элементами из сухой бетонной смеси, удалось установить, что применение такой технологии эффективно в слабых водонасыщенных грунтах и способствует значительному упрочнению основания.
Упрочнение происходит по всей глубине как песчаных, так и глинистых грунтов. При этом коэффициент упрочнения составил:
для песчаных грунтов:
–песка среднего средней прочности – 2,10;
для глинистых грунтов:
–суглинка слабого – 1,78;
–суглинка средней прочности – 1,96;
–суглинка и супеси прочных – 1,42;
–суглинка с примесью органических веществ – 1,97.
Литература
1. Прочностные и деформационные характеристики грунтов по данным статического зондирования и пенетрационного каротажа. Правила определения: ТКП45-5.01-15-2005. – Введ. 01.07.2006. – Минск : Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2005. – 28 с.
224
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
УДК 624.131
Г.Г. Кашеварова, О.А. Маковецкий, И.И. Хусаинов
(ПНИПУ,Пермь)
АНАЛИЗ РАСЧЕТНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ГРУНТОВОГО МАССИВА, ЗАКРЕПЛЕННОГО СТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИЕЙ
C развитием крупных городов в центральной их части остается все меньше и меньше территории под застройку, тем самым заставляя застройщиков и проектировщиков проектировать жилые комплексы вдали от центра города. Одним из таких является жилой комплекс строительство которого планируется в г. Краснодаре, микрорайоне Гидростроителей, по ул. Автолюбителей. Участок расположен на территории бывших рисовых полей. Участок расположен обособленно от ближайшей жилой застройки.
Площадь рассматриваемой территории под размещение комплекса составляет 17499 кв.м. Участок имеет прямоугольную форму, простирающуюся с запада на восток. Вытянутая форма участка и его габариты определили особенность объемно-пространственного решения объекта – пять 24-этажных жилых дома (литеры 1,2,3,4,5) расположены в одну линию с запада на восток и соединены между собой 1 этажными общественными зданиями (литеры 6,7,8,9), а так же большую часть территории занимает одноуровневая подземная автостоянка.
Здания комплекса проектируются на фундаментных плитах, разделенных деформационными швами.
Жилой дом литер 1–24-х этажный с подвалом, в плане прямоугольной формы с размерами в осях 26.7 6.4 м, примыкает к зданию литера 6. Конструктивная схема – перекрёстно-стеновая. Все несущие конструкции здания – из монолитного железобетона. Фундамент – плоская монолитная железобетонная плита толщиной 1,5 м. Предельные величины осадок фундаментов 18 см, относительная разность осадок – 0,0024.
Встроенно-пристроенное здание литер 6 – одноэтажное с подвалом, в плане прямоугольной формы с размерами в осях 21.40 27,0 м, располагается между двумя 24-х этажными зданиями литер 1 и 2. Конструктивная схема – железобетонный монолитный рамно-связевый каркас. Фундамент – плоская монолитная железобетонная плита толщиной 0,5 м. Предельные величины осадок фундаментов 15 см, относительная разность осадок – 0,003.
В пределах изученной в ходе инженерно-геологических изысканий толщи грунтов (до глубины 25 м) было выделено 7 инженерно – геологических элементов: ИГЭ-1: насыпной слой – строительный мусор; ИГЭ-2: поч- венно-растительный слой; ИГЭ-3: глина полутвердая, с прослойками песка мелкого водонасыщенного, с включением органики до 5% (Е = 8 МПа); ИГЭ-4: супесь пластичная, с прослоями мелкого песка насыщенного водой
225
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
(Е = 4 МПа); ИГЭ-5: глина тугопластичная, с включением органики до 5 %, с прослоями песка мелкого, водонасыщенного (Е = 5 МПа); ИГЭ-6: глина текучая, с включением органики до 20 %, с прослоями песка мелкого, водонасыщенного (Е = 3 МПа); ИГЭ-7: песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой (Е = 22 МПа).
Рис. 1. Инженерно-геологические условия площадки строительства |
Гидрогеологические условия площадки изысканий характеризуются наличием грунтовых вод. В периоды обильных ливней возможно появление сезонного водоносного горизонта типа «верховодки». Площадка расположена на подтопленной территории.
Категория грунтов по сейсмическим свойствам: ИГЭ-3, ИГЭ-5, ИГЭ-7 – II (вторая), ИГЭ-4, ИГЭ-6 – III (третья).
Фоновая сейсмичность района работ – 7 баллов. Сейсмичность площадки в соответствии с грунтовым условиям – 8 баллов.
Изучение инженерно-геологических условий площадки и научнотехнического отчета по сейсмичности участка показывает, основной проблемой площадки является повышенная сейсмичность, значительная толщина слабых глинистых грунтов и подтопление территории.
На этапе анализа документации по возведению комплекса были выявлены следующие основные особенности его конструктивной схемы: возведение разно-этажных зданий (1 и 24 эт.) разделенных деформационным швом, существенная неоднородность нагрузок передаваемых на основание от каждых зданий (литеров), стадийность строительства и то, что допустимая разница осадок между блоками (литерами) зданий должна составлять не более7 см.
Таким образом, на данной площадке строительства необходимо решить ряд сложных геотехнических задач:
226
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
перевод сейсмичности площадки строительства 24-х этажных зданий (литер 1, 2) по грунтовым условиям с 8 балов на 7 баллов;
обеспечение деформаций зданий литер 1, 2 и 6 в допустимых пределах с учетом их взаимовлияния;
определение очередности строительства 24-х этажных (литер 1, 2)
иодноэтажного зданий (литер 6).
Для решения этих задач предусмотрено устройство армирования основания (закрепление грунтов) по технологии струйной цементации грунтов.
Струйная геотехнология, известная как «jet-grouting», имеет существенное отличие от других строительных технологий благодаря используемой
вней специфических механических процессов. С помощью данной технологии, возможно, выполнять различные технические задачи. К таким задачам относится: закрепление грунтов на месте их залегания, подземные несущие конструкции, противофильтрационные завесы [2].
На данной площадке, вариант применения струйной цементации грунта являлся более предпочтительным, в связи с его качеством, скоростью проведения работ и сниженной стоимости подготовки основания, чем при классических методах строительства таких типов зданий.
Устройство закрепления по регулярной сетке по всему пятну фундаментных плит зданий, достигается большая однородность и сейсмическая жесткость, чем в случае применения локальных (в местах расположения несущих элементов) железобетонных свайных элементов [2].
Закрепление грунтов предусматривалось путем создания геомассива, который состоит из вмещающего природного грунта и отдельных жестких грунтоцементных элементов ГЦЭ диаметром 1,5 м, создающих эффект армирования. В целом, «геомассив» рассматривается как приведенное основание,
вкотором грунтоцементные элементы, расположенные с межосевым расстоянием менее 3d, работают в едином массиве с окружающим грунтом и не рассматриваются как свайные элементы [4].
Приведенные физико-механические характеристики геомассива вычисляются как средневзвешенные с учетом физико-механических свойств и размеров грунтоцементных элементов и природного вмещающего грунта [5].
Физико-механические характеристики грунтоцементного элемента:
плотность материала = 18…20 кН/м3 ; расчетное сопротивление сжатию – R = 1,5…2,0 МПа; модуль деформации – Е = 0,15…0,25 ГПа.
Приведенные деформативные характеристики такого геомассива становятся значительно более высокими и достигают значений: модуль общих деформаций Е = 104,5…113,8 МПа, по сравнению с природными значениями 3,0…22,0 МПа. Технология производства работ по струйной цементации грунта позволяет контролировать зоны уплотнения основания, и модифицировать его свойства на оптимальную глубину [2].
227
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Всвязи с тем, что одной из главных задач армирования основания является повышение его сейсмической жесткости (перевод сейсмичности площадки с 8 балов на 7 баллов), то устройство регулярной сетки армирующих элементов с более высокой, по отношению к естественному грунту скоростью прохождения поперечной сейсмической волны (Vs) приводит к тому, что в них рассеивается значительная часть энергии сейсмической волны, и ее воздействиенагрунт, защищенныйэлементами, становитсяминимальным[2, 3].
Вместе с тем, устройство таких вертикальных армирующих элементов приводит к эффекту обжатия грунта и ограничению возможности и абсолютной величины его объемных деформаций при воздействии сейсмической волны. В этих условиях не возникают явления «виброразжижения» и «виброползучести».
На основании результатов серии численных и аналитических расчетов,
сучетом архитектурных особенностей комплекса, был разработан оптимальный вариант устройства закрепления грунтов обеспечивающий минимальное влияние строящихся зданий, перевод сейсмичности площадки строительства здания литер 1 и 2 по грунтовым условиям с 8 балов на 7 баллов, а также минимизацию основных затрат.
Мероприятия по уменьшению деформаций оснований и влияния их на сооружения регламентируются требованиями СП 22.13330.2011 « Основания зданий и сооружений». Расчет заключается в сопоставлении полученных расчетных значений деформаций зданий с предельно допустимыми, согласно приложения Д [4].
Вусловиях рассматриваемой площадки можно выделить основное расчетное сечение 1-1 (рис.2).
Рис. 2. Схема расположения расчетного сечения
228
Раздел 2. Проектирование и строительство оснований и фундаментов с применением…
Рис. 3. Расчетная схема |
Расчёт выполнялся методом конечных элементов, в плоской постановке задачи, с использованием программного комплекса PLAXIS версия 8.0.
Рис. 4. Деформированная схема в программном комплексе Plaxis
Рис. 5. Схема изополей вертикальных перемещений (по оси Y) фундаментных плит (максимальное перемещение Smax =17,4см < 18см)
На основании результатов серии численных расчетов, была определена стадийность строительства и оптимальная мощность закрепления грунтов под здание литер 6 – 9,0 м, с приведенным эффективным модулем деформации не менее 40 МПа, литер 1 и 2 – 10,5м, с приведенным эффективным модулем деформации не менее 100 МПа (рис. 3).
Из расчетов была определена оптимальная стадийность строительства:
229
Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение
Закрепление грунтов основания (устройство геомассива) под фундаментными плитами литер 1, литер 2 и литер 6.; одновременное строительство только каркаса здания литер 1 и 2, в течении 24 месяцев; консолидация основания в течении 12 месяцев; строительство здания литер 6, в течении 2 месяцев; эксплуатация построенных зданий.
|
Результаты численных расчетов следующие: |
|
|
Здание литер 1: средняя осадка – s = 15,9см, максимальная осадка – |
|
s = 16,5см < su = 18,0см; относительная разность осадок – |
s/L = 0,0023 < |
|
< ( |
s/L)u = 0,0024; |
|
|
Здание литер 6: средняя осадка – s = 8,3см, максимальная осадка – |
|
s = 9,6см < su = 15,0см; относительная разность осадок – |
s/L = 0,0028 < |
|
< ( |
s/L)u = 0,003; |
|
|
Полученные в ходе численного моделирования результаты были ис- |
|
пользованы для разработки правильного проектного решения.
Вывод
Устройство грунтоцементных армирующих элементов значительно повышает эксплуатационную надежность основания здания за счет повышения его деформационных характеристик и активной защиты грунтов от воздействия сейсмических колебаний, обеспечивая безопасную эксплуатацию.
Литература
1.Бройд И.И. Струйная геотехнология: Учебное пособие. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004.-448 с.
2.Зуев С.С., Маковецкий О.А., Хусаинов И.И. Опыт применения струйной цементации для устройства подземных частей комплексов. Научно-технический и производственный журнал «Жилищное строительство». 2013. №9. С.10-13.
3.Назаров Г.Н., Шемшурин В.А. Использование инженерно-геологических характеристик при сейсмическом микрорайонировании. Сейсмическое микрорайонирование.
М., Наука, 1977.
4.СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений – М ФГУПП ЦПП, 2010. – 162 с.
5.ТСН-50-306-2005 Ростовской области. «Основания и фундаменты повышенной несущей способности»
6.Хусаинов И.И., Кашеварова Г.Г., Маковецкий О.А. Сравнительный анализ опытных и расчетных деформаций грунтового массива, закрепленного струйной цементацией. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering / Международный журнал по расчету гражданских и строительных конструкций. 2012. Т. 8. № 2. С.126-132.
230