Введение к работе
В связи с постоянным увеличением нагрузок на фундаменты вследствие роста этажности установок дополнительного оборудования, внедрения напряженно-растянутых конструкций и других принципиально новых решений, а также в связи с освоением территорий, сложенных слабыми грунтами, считавшимися ранее непригодными для строительства, чрезвычайную актуальность приобрел вопрос совершенствования конструкций фундаментов с целью снижения расхода материалов, трудозатрат и стоимости при надлежащей надежности и долговечности.
На необходимость разработки п внедрения более совершенных и экономичных систем оснований и конструкций фундаментов неоднократно указывалось в решениях различных конференций и совещаний.
В настоящее время наметились следующие пути снижения стоимости и расхода материалов на конструкции фундаментов:
-уточнение расчетных схем грунтового основания и конструкций фундаментов традиционных форм;
-разработка новых облегченных конструкций фундаментов и методов их расчета;
-разработка методов инженерной подготовки грунтового основания, позволяющих повысить его несущую способность, снизить деформативность и тем самым уменьшить размеры фундаментов при сохранении требований по их надежности и предельным деформациям.
Актуальность темы. В последние годы при строительстве промышленных и гражданских сооружений все чаще приходится использовать площадки со сложными условиями, в местах распространения специфичных видов грунтов ( илы, ленточные глины, водонасыщенные лессовые макропористые и заторфованные грунты ).
Такие площадки, как правило, обусловливают развитие недопустимых осадок фундаментов или потерю устойчивости грунтов.
В настоящее время это преодолевается применением свайных фундаментов либо конструктивными или технологическими мероприятиями (устройство грунтовых подушек, шпунтовых ограждений, создание боковых пригрузок, уплотнение фунта).
Однако с целью снижения материалоемкости и стоимости фундаментов возможны мероприятия, позволяющие повысить распределительную способность основания и тем самым снизить давление на слабые грунты. В этом ас-
2 пекте заслуживает внимания метод армирования грунтов, получивший в последние годы широкое распространение за рубежом.
Особенно перспективным этот метод становится в условиях создания искусственного основания.
Вопросу использования армирования в аспекте повышения распределительной способности оснований фундаментов уделялось до настоящего времени мало внимания, исследования выполнялись, в основном, в лабораторных условиях, преимущественно с малоразмерными моделями фундаментов и без комплексного подхода к учету влияния всех параметров армирующего материала на деформативность и устойчивость основания. Кроме того, практически все укачанные исследования проводились с песчаными грунтами, в то время как при инженерной подготовке площадок строительства используются местные, в том числе и глинистые грунты.
Учитывая сказанное, а также отсутствие нормативных документов, регламентирующих- проектирование и устройство фундаментов на армированном основании, вопросы комплексного исследования строительных свойств армированных грунтов, особенно водонасыщенных слабых как наименее изученных, становятся весьма актуальными, и данная работа выполнялась в рамках этой проблемы.
Связь работы с крупными научными программа м и, т е и а н и. Работа связана с "Программой технического нормирования стандартизации Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь" по блоку 5.01 "Основания и фундаменты зданий и сооружений" (Часть 1. Строительные нормы РБ - СНБ 5.01.01 "Основания и фундаменты зданий и сооружений"; Часть 2. Пособие к строительным нормам "Проектирование и устройство оснований и сооружений из армированного грунта"), а также с темой НИР № ФН/97 Министерства архитектуры и строительства РБ "Провести исследования и разработать научные основы и технологию упрочнения оснований при геотехнических реконструкциях"(х/д № 448 от 12.11.1997, № гос. регистрации 1998337 от 26.01.1997). '
Цель н задачи исследования. Цель - совершенствование методов конструирования и проектирования искусственно улучшаемых оснований с помощью армирующих элементов на основе изучения и учета особенностей их работы. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Разработка инженерных методов расчета нестабилизированных осадок водонасыщенных армированных оснований.
-
Выявление эффективности работы армированных оснований при их усилении различными конструктивными элементами.
-
Установление времени окончания фильтрационной консолидации при испытании водонасыщенных грунтов.
-
Совершенствование нормативных документов в части проектирования армированных оснований.
Объект и предмет нссл ед о в а и и я. Объект- армированные слабые водонасыщенные фунты. Предмет - консолидация водонасыщенных армированных оснований.
Гипотеза. Экспериментально подтверждено предположение о возможности моделирования армированного основания трансверсалыш-изотропной грунтовой средой.
Методология и методы проведения исследи-" ванн я. Метод - теоретически-экспериментальный с использованием современных технических средств для испытания армированных грунтов, и применением численных методов вычислений и аппарата механики грунтов. .
II а у ч н а я и о в и з н а и значимость полученных результатов. Развиты следующие положения:
-предложена математическая модель армированного водонасыщенного фунта;
-уточнено уравнение консолидации водонасыщенного фунта с учетом его усиления армирующими элементами;
-предложена методика определения начальных условий для уравнения консолидации армированного фунта;
-разработана методика расчета фильтрационных осадок армированных фунтов;
-разработан прибор для определения коэффициента консолидации слабых водонасыщенных фунтов.
Практическая (экономическая, социальная) значимость полученных результатов состоит в разработке предложений для включения в "Пособие к строительным нормам" методик расчета консолидационных осадок в водонасыщенных армированных основаниях и их ускорения.
Основные положения диссертации, выносимые и а з а щ и т у. На защиту выносятся:
-
Формулы для определения порового давления, нестабилизированных осадок и степени консолидации армированного основания.
-
Способ определения начальной безопасной нафузки на водонасы-щенное армированное основание.
3. Методика численного расчета процесса консолидации армированного слоя грунта конечной толщины в зависимости от коэффициентов дренирования и фильтрационной анизотропии.
4.' Прибор для определения коэффициента консолидации и норового давления в грунтах.
5. Результаты натурных, модельных и теоретических исследований процесса фильтрационной консолидации армированного слоя фунта конечной толщины, которые показывают на:
уменьшение величины конечной осадки;
сокращение сроков ее протекания;
повышение безопасной нагрузки. Личный в к л а д с о и с к а т е л я в разработку положений, изложенных в диссертации, и получение результатов выразился в :
' - проведенном им анализе литературных источников по вопросам усиления оснований;
обосновании расчетной модели и разработке способа определения начальных условий, безопасной нагрузки, степени консолидации и скорости протекания осадок водонасыщенных армированных оснований;
выполненных им оригинальных экспериментальных исследованиях по измерению порового давления;
натурных и маломасшабных опытах по определению консолидацион-ных осадок в армированном и неусиленном фунте.
В натурных опытах принимали участие совместно с научным руководителем сотрудники кафедры "Геотехника и экология в строительстве " и института "Геосервис".
Апробация результатов, диссертации. Основные материалы исследований заслушивались на заседаниях кафедры "Геотехника и экология в строительстве", докладывались и получили одобрение на Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Белорусской государственной политехнической академии (1999 г.), а также на 1-й Международной конференции по экологическому моделированию и на 51-й Международной научно-технической конференции молодых ученых и студентов (Санкт-Петербург, 1997 г.).
Опубликован и ость результатов. Главные положения работы опубликованы в 7 основных печатных работах. Всего опубликовано 29 страниц, или 2,4 печатных листа.
Структура и объем д и с с е р т а ц и и. Диссертация состоит ш общей характеристики работы, четырех глав, заключения. Содержит всего 179
5 страниц, і« них — 70 страниц основного текста, 76 иллюстраций, 19 таблиц, список использованных источников на б страницах из 81 наименований, в т.ч. 10 иностранных, 2 приложения на 26 страницах.
Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии (БГПА). Научный руководитель - доцент кафедры "Геотехника и экология в строительстве ", канд. техн. наук II. Д. Банников.