Введение к работе
Актуальность темы. В практике строительства одной из материалоемких и трудоемких областей является устройство фундаментов. Попытаться уменьшить материалоемкость и трудоемкость поможет применение фундаментов в вытрамбованных котлованах (ФВК) Этот тип фундамента позволяет за счет уплотнения грунта и повышения его несущей способности уменьшить материалоемкость, а бетонирование без опалубочных работ - снизить его трудоемкость ФВК широко применялись в просадочных грунтах, и в этих условиях их эффективность общеизвестна.
Эти фундаменты успешно опробованы при залегании глинистых непросадочных грунтов от полутвердой до мягкопластичной консистенции Однако их эффективность в этих условиях выяснена недостаточно
В технологии устройства ФВК наметилось основное направление котлован вытрамбовывается падающей трамбовкой, форма которой соответствует форме фундамента, и в некоторых случаях дополнительно в основание втрамбовывается жесткий материал
Комбинированные свайные фундаменты (КСФ), предложенные институтом «БашНИИстрой», представляют собой сочетание котлована, выполненного одним из указанных ниже способов и свайного основания из свай, погруженных в котлован после вытрамбовки с последующим бетонированием верхней части фундамента
- котлован вытрамбовывается металлическим штампом, погружаемым
дизель-молотом с последующим извлечением,
- котлован образуется полым сборным железобетонным стаканом,
погружаемым дизель-молотом и остающимся в грунте как элемент
фундамента
При проектировании зданий необходимо иметь результаты полевых испытаний фундаментов статическими нагрузками для удовлетворения требований СНиП Количество испытаний определяется инженерно-геологическими условиями и должно быть не менее двух для одного здания Проведение статических испытаний ФВК сопряжено с определенными трудностями Практика строительства показывает, что несущая способность ФВК достигает 1500-1700 кН, комбинированных свайных фундаментов 3500-4000 кН, что требует достаточно надежных анкерных устройств. Однако ФВК, имеющие, как правило, коническую форму с достаточно большим уклоном граней, плохо работают на выдергивающие нагрузки
В строительной практике используются два способа статических испытаний
в качестве анкерных свай применяются забивные сваи, и нагрузка создается гидравлическим домкратом,
используются тарированные грузы, укладываемые на специальную дополнительную платформу
В первом случае на площадку помимо основного оборудования необходимо доставлять дополнительное сваебойное оборудование и забивные сваи
Во втором случае проведение испытания сопряжено с необходимостью перевозки значительной массы грузов и затратами на их укладку и разборку
Все это подтверждает актуальность разработки метода динамического контроля несущей способности ФВК по технологическим параметрам вытрамбовки Этот метод мог бы уменьшить число статических испытаний, кроме того, с его помощью можно контролировать ожидаемую неравномерность несущей способности фундаментов по всей площадке или ее участку
Объект исследования - фундамент в вытрамбованном котловане
Предмет исследования - механизм взаимодействия трамбующего рабочего органа с грунтовым основанием при контрольных испытаниях для определения несущей способности ФВК по параметрам вытрамбовки
Цель работы: обоснование эффективности этого типа фундаментов в непросадочных грунтах, разработка метода контроля несущей способности фундаментов по технологическим параметрам вытрамбовки
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи:
- провести теоретические обоснования основных принципов расчета
несущей способности ФВК по величине энергии, подводимой трамбовкой к
массиву грунта, и величине отказа,
- исследовать процесс передачи энергии грунту на получение
достаточной несущей способности с учетом потерь на побочные
деформационные процессы,
- разработать методику проведения полевых натурных экспериментов,
провести исследования в полевых условиях и по их результатам разработать инженерный метод расчета несущей способности ФВК и КСФ по результатам вытрамбовки,
оценить эффективность применения ФВК в условиях залегания непросадочных грунтов по сравнению с традиционными фундаментами на естественном основании,
- провести проверку предложенного метода на площадках строящихся
объектов
Методика исследования заключалась:
- в разработке теоретических предпосылок распределения подводимой
к массиву грунта энергии на фазы деформирования,
проведении полевых экспериментов с контролем процесса вытрамбовки по следующим основным параметрам, остаточному «отказу», величине выпора грунта и величине подводимой к грунтовому массиву энергии,
- оценке эффективности ФВК в непросадочных грунтах по результатам
полевых испытаний и численных исследований,
- получении эмпирических расчетных формул,
- статистической обработке результатов исследований и оценке
погрешности предлагаемого метода
Научная повизна работы заключается в том, что впервые.
предложен механизм распределения энергии падающей трамбовки по фазам уплотнения грунта при устройстве ФВК,
разработан инженерный метод оценки несущей способности ФВК по данным вытрамбовки, учитывающий характер распределения энергии удара в процессе уплотнения в зависимости от свойств грунта,
- предложены эмпирические формулы для определения величины
коэффициента, учитывающего долю энергии, подведенной к грунтовому
массиву при ударе и затраченной на формирование несущей способности
ФВК,
- получены результаты оценки эффективности ФВК в непросадочных
глинистых грунтах по сравнению с традиционными фундаментами на
естественном основании.
На защиту выносятся:
теоретические предпосылки механизма распределения энергии удара трамбовки при деформировании грунта котлована ФВК,
инженерный метод оценки несущей способности ФВК по данным вытрамбовки,
- результаты полевых натурных исследований и эмпирические
зависимости для расчета коэффициента, учитывающего долю энергии удара,
затраченную на формирование несущей способности ФВК,
- результаты оценки эффективности ФВК в непросадочных глинистых
грунтах по сравнению с традиционными фундаментами на естественном
основании
Практическое значение и реализация работы состоит в следующем:
результаты работы использованы строительными организациями РБ при строительстве нескольких промышленных объектов, где сооружались фундаменты в вытрамбованных котлованах,
за счет проведения динамических испытаний на каждом объекте число статических испытаний ФВК ограничивалось одним испытанием, что позволило уменьшить число статических испытаний в два раза,
контроль несущей способности ФВК по результатам вытрамбовки дает возможность оценить характер колебания несущей способности по всей площадке.
Достоверность результатов исследований подтверждается данными
натурных полевых экспериментов, проведенных с использованием
современных измерительных средств, статического зондирования и
применением методов тарировки и оценки точности измерений Результаты
натурных полевых экспериментов подтверждают сходимость с принятыми
физическими моделями После статистической обработки
экспериментальных результатов получена удовлетворительная сходимость с контрольными опытами
Апробация и публикация работы Основные результаты доложены
- на Международной научно-практической конференции «Актуальные
проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и
сооружений», Пенза, 2004
научно-практическом семинаре «Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки», Пермь, Фонд им. проф А А Бартоломея , 2005
X Юбилейной Международной научно-технической конференции при X специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство», Уфа, УГНТУ, 2006
- Международной научно-практической конференции «Актуальные
проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и
сооружений», Пенза, 2006
- XI Международной научно-технической конференции «Строительство
Коммунальное хозяйство», Уфа, УГНТУ, 2007
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в девяти печатных работах Общий объем публикаций составляет более 2,5 печатных листов
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка и приложения Общий объем диссертации составляет 142 страницы, 25 таблиц, 60 рисунков, библиографический список из 75 наименований
