Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Конструктивные решения улучшения строительных свойств грунтов основания и методы расчета их несущей способности 12
1.1. Струйная цементация грунтов 12
1.2. Анализ методов определения основных технологических параметров струйной цементации 19
1.3. Способы проектирования конструкций с помощью струйной цементации в пылевато-глинистых грунтах 24
1.4. Современные методы расчета напряженно-деформированного состояния оснований 29
1.5. Задачи теоретических и экспериментальных исследований 32
1.6. Выводы по главе 33
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования взаимодействия грунтоцементных элементов с грунтом 34
2.1. Фундамент на армированном основании 34
2.2. Экспериментальные и лабораторные испытания грунтоцементных элементов 37
2.3. Полевые испытания армированного основания 47
2.4. Выводы по главе 55
ГЛАВА 3. Обоснование расчетных моделей улучшенного основания «структурный геомассив» 56
3.1. Основные положения и зависимости деформационной модифицированной модели пластичного упрочняющегося грунта «hardening-soil» 57
3.2. Определение размеров области влияния ГЦЭ 63
3.2.1 Определение размеров области влияния одного грунтоцементного элемента 63
3.2.2 Определение области взаимовлияния двух смежных ГЦЭ в структурном геомассиве 3.3. Расчет длины и шага грунтоцементных элементов искусственно-улучшенного основания (метод ячейки по схеме отдельных ГЦЭ) 71
3.4. Модель ячейки по схеме «структурного геомассива» как гомогенной среды с эффективными характеристиками 3.4.1 Общие положения 76
3.4.2 Определение эффективного модуля деформации (Ecэгкмв )
армированного основания 78
3.5 Расчет мощности и требуемого эффективного модуля деформации при проектировании СГМ 80
3.6. Методика проектирования оптимальных параметров основания структурного геомассива 84
3.7. Выводы по главе 85
ГЛАВА 4. Апробация и внедрение разработанной методики расчета плитного фундамента на армированном основании 86
4.1. Расчет плитного фундамента на армированном основании для этажного жилого дома, построенного в г. Перми 86
4.2. Мониторинг поведения монолитного железобетонного фундамента 17-ти этажного жилого дома в г. Перми 92
4.3. Проектирование СГМ под жилой комплекс в г. Краснодаре с учетом стадийности строительства и снижения сейсмичности по грунтовым условиям 100
4.4. Выводы по главе 105
Заключение 106
Список литературы
- Способы проектирования конструкций с помощью струйной цементации в пылевато-глинистых грунтах
- Экспериментальные и лабораторные испытания грунтоцементных элементов
- Определение размеров области влияния ГЦЭ
- Мониторинг поведения монолитного железобетонного фундамента 17-ти этажного жилого дома в г. Перми
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Развитие инфраструктуры крупных городов неразрывно связано со строительством зданий сложных форм, с большими нагрузками на основания в различных геологических условиях. Сложные геологические условия, характеризующиеся повышенными деформационными свойствами грунтов, наличием подземных грунтовых вод, повышенной сейсмичностью площадки строительства, вибро-разжижаемостью грунтов, а также плотностью городской застройки, требуют при строительстве фундаментов применения искусственно улучшенных грунтовых оснований для повышения их несущей способности.
Для улучшения свойств слабых и неоднородных грунтов основания, особенно при строительстве зданий повышенной этажности, все чаще применяется технология струйной цементации грунтов («jet-grouting»). Анализ мирового и отечественного опыта проектирования и строительства на искусственно улучшенных основаниях с применением струйной цементации, показывает ее технологические преимущества при строительстве плитных фундаментов большой площади.
Использование оснований с улучшенными прочностными и деформационными свойствами, позволяет обеспечить осадки и крены фундаментов, не превышающие нормативных.
К сожалению, назначение технологических параметров струйной цементации, как правило, осуществляется эмпирическим путем, на основе ранее выполненных работ на сходных объектах, вследствие чего проектное решение далеко не всегда получается оптимальным.
Для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести IL>0 практически отсутствует информация, позволяющие даже приблизительно определять основные технологические параметры производства работ. СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» рекомендует применять струйную цементацию в пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести IL>0,5.
Искусственное основание – армированный грунт в виде «структурного геомассива» (СГМ) и предназначен для повышения и выравнивания прочностных и деформационных характеристик грунтов. СГМ представляет собой систему, включающую природный грунт, жесткие грунтоцементные элементы (ГЦЭ) с заранее определенным диаметром (D), шагом (а) и длиной (L), а также уплотненную распределительную подушку из щебня между плитой и ГЦЭ. Грунтоцементные элементы располагаются в габаритах и с обязательным выходом за границы фундаментной плиты, на расстояние не менее чем шаг ГЦЭ. Такую конструкцию уже нельзя рассматривать как плитно-свайный фундамент.
Применение СГМ должно значительно повысить надежность и несущую способность оснований и фундаментов при минимальном расходе материалов на их создание, а в сейсмоопасных районах - обеспечить повышенную сейсмическую жесткость основания.
Для решения этой задачи, а также для расширения диапазона применимости струйной цементации в пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести
Степень ее разработанности
Исследованием проблем искусственного изменения свойств грунтов, стабилизации и его укрепления, в разное время занимались: Абелев Ю.М., Безрук В.М., Борисова Е.Г., Воронкевич С.Д., Ганичев И.А., Гончарова Л.B., Жинкин, Г.Н., Калганов В.Ф., Кузьмин Е.В., Куликов Ю.Н., Меркин Е.С., и др.
Огромный вклад в развитие теории и технологии струйной цементации грунтов внесли: Бройд И.И., Дмитриев Н.В., Малинин А.Г., Малышев Л.И., Петросян Л.Р., Попов A.B., Соколович В.Е., Федоров Б.С., Хасин М.Ф., и др.
Однако, указанные выше нерешенные вопросы остаются на сегодняшний день открытыми и требуют научного исследования.
Цели и задачи
Цель диссертационной работы: разработать методику определения технологических параметров струйной цементации пылевато-глинистых грунтов для создания искусственно-улучшенного основания (структурного геомассива), позволяющую минимизировать расход материалов при обеспечении требуемых деформаций и несущей способности фундаментов.
Задачи диссертационной работы:
-
Выполнить анализ существующих конструктивных решений повышения несущей способности грунтов основания и методов их расчета;
-
Провести экспериментальные работы для изучения прочностных и деформационных характеристик грунтоцементных элементов (ГЦЭ) в пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести 0 < IL < 0,5;
-
Решить задачи по определению размеров области влияния диаметра, длины и шага ГЦЭ на величину осадки межэлементного пространства, используя численное моделирование;
-
Провести численные исследования по рациональному распределению ГЦЭ по площади фундаментной плиты и определению эффективного модуля деформации (ЕСГМ) армированного основания;
-
Разработать методику создания структурного геомассива, которая позволяет выбрать наиболее рациональную технологию армирования грунта, оптимальные характеристики ГЦЭ и их расстановка, с целью обеспечения допустимых деформаций;
-
Провести мониторинг деформаций фундамента здания на армированном основании для верификации полученных результатов применения разработанной методики;
-
Апробировать разработанную комплексную методику при проектировании и устройстве фундаментов реальных сооружений. Сравнить результаты расчетов с результатами натурных испытаний.
Научная новизна:
выявлены закономерности влияния технологических параметров струйной цементации на прочностные и деформативные свойства грунтоцементных элементов пылевато-глинистых грунтов, с показателем текучести 0
разработана методика поиска рациональных конструктивных решений фундаментов на искусственно улучшенных основаниях из слабых пылевато-глинистых грунтов, которая позволяет снизить стоимость строительства;
предложены технические решения армирования грунтового массива струйной цементацией, учитывающие стадийность строительства и условия понижения сейсмичности площадки по грунтовым условиям.
Теоретическая и практическая значимость работы:
разработана методика создания структурного геомассива;
предложена методика прогнозирования расхода материала для создания грунтоцементных элементов с требуемыми параметрами;
разработана методика поиска рациональных конструктивных решений фундаментов на искусственно улучшенных основаниях из слабых пылевато-глинистых грунтов, которая позволяет оптимизировать конструкции фундаментов и выбрать наиболее рациональную технологию их строительства, исключая неоправданные запасы прочности;
оценен уровень взаимовлияния ГЦЭ в составе структурного геомассива;
определена наиболее рациональная расчетная модель для оценки параметров структурного геомассива (длины и шага ГЦЭ);
концепция методики использована при строительстве реальных объектов в г. Перми и Краснодаре;
результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке магистерских диссертаций студентами строительных специальностей.
Методология и методы исследования основаны на комплексном методе, включающем теоретические и экспериментальные исследования, а также анализ и обобщение полученных результатов с использованием методов математического моделирования. Применены программные комплексы Plaxis и Lira.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты полевых и лабораторных испытаний по определению прочностных и деформационных характеристик грунтоцементных элементов в пылевато-глинистых грунтах и определению прогнозируемых параметров
технологического процесса, обеспечивающего гарантированный диаметр грунтоцементных элементов и обеспечение допустимых деформаций;
-
Расчетные модели и численные исследования по определению размеров области влияния ГЦЭ, их рациональному распределению, а также зависимости распределения осадок межэлементного пространства от диаметра, шага и длины ГЦЭ;
-
Реализация численной методики процесса образования СГМ на базе параметризуемых и адаптируемых конечно-элементных моделей по результатам натурных испытаний и мониторинга;
-
Результаты расчетов, выполненных при проектировании реальных сооружений с использованием разработанной методики создания структурных геомассивов, и сравнение с результатами натурных испытаний.
Степень достоверности и апробация результатов
Степень достоверности результатов исследований диссертационной работы обусловлены:
использованием нормативных экспериментальных методов исследования прочности и деформируемости грунтоцементных образцов при одноосном сжатии;
хорошей сходимостью полученных результатов лабораторных исследований и натурных испытаний, выполненных в рамках научной работы;
численными экспериментами с использованием сертифицированных программных средств;
использованием в работе современных методов исследований, основанных на применение законов механики деформирования сплошных сред и дисперсных грунтов;
положительными результатами внедрения разработанных рекомендаций в практику точечного строительства в условиях тесной городской застройки;
результатами расчетов по математическим моделям, которые сверялись с известными достижениями других исследований, сравнивались с данными натурных экспериментов.
Апробация результатов:
Основные результаты выполненных автором диссертационной работы исследований доложены, обсуждены и опубликованы в материалах: симпозиума «Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений» (г. Челябинск, 2012г., г. Иркутск, 2014г.); всероссийской конференции с международным участием «Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства» (г. Пермь, 2014г.), международной научно-технической конференции «Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение» (г. Санкт-Петербург, 2014г.), І научно-практической конференции с международным участием «Современные способы создания искусственных грунтовых оснований автомобильных дорог, аэродромов и зданий» (г. Москва, 2014г.), всероссийской научной конференции «Проблемы деформирования и разрушения материалов и конструкций» (г. Пермь, 2015г).
Материалы диссертационной работы в целом обсуждались на научных семинарах и расширенном заседании кафедры «Строительные конструкции и вычислительная механика» Пермского национального исследовательского политехнического университета.
Публикации. Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в 11 печатных изданиях, из них 5 работы в ведущих рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 116 наименований и четырех приложений. Общий объем работы – 143 страницы машинописного текста, в том числе 108 страниц основного текста, содержащего 74 иллюстрации и 7 таблиц.
Автор выражает особую благодарность к.т.н., доценту О. А. Маковецкому за ценные советы, замечания и помощь во время работы над диссертацией.
Способы проектирования конструкций с помощью струйной цементации в пылевато-глинистых грунтах
Новые технологии и принципиально новые подходы в строительстве привели к быстрому росту этажности зданий и, соответственно, к увеличению нагрузок на фундаменты. Традиционные плитные и свайные фундаменты не всегда отвечают предъявляемым требованиям для высотных зданий, их область применения ограничивается требованиями к деформативным характеристикам грунтового основания и, соответственно, самого сооружения.
Расчет плитных фундаментов в классической постановке выполняется в следующей последовательности. После определения размеров подошвы плиты определяется толщина плиты фундамента [20]. Далее производится расчет плиты как пластины на упругом основании через коэффициенты жесткости естественного основания (через коэффициенты постели) [20]. По полученным из расчета внутренним усилиям производится подбор армирования. Изучению таких методов расчета посвящены работы Барвашова В. А., Бородачева Н. М., Горбунова-Посадова М.И., Егорова К.Е., Жемочкина Б. Н., Клепикова С. Н., Маликовой Т. А., Пастернака П. Л., Полынина Д. И., Репникова JI. Н., Трофимовича Н. В., Федоровского В. Г., Шашкина А. Г.
Нужно сказать, что такой подход приводит к чрезмерному запасу прочности материалов и, как следствие, к повышенному расходу материалов и стоимости объекта.
Стремление совместить преимущества свайных и плитных фундаментов проявилось в создании комбинированных фундаментов (свайно-плитные, плитно-свайные). Они обладают распределительными способностями плитных фундаментов и жесткостными характеристиками свайных фундаментов [20]. Для обеспечения равномерных осадок плитная часть фундамента имеет значительную толщину от 0,6 до 1,5м, в зависимости от действующих нагрузок. Необходимо отметить, что в практике строительства известны также ребристые плитные фундаменты. Расчет таких фундаментов весьма сложен, в связи с переменной изгибной жесткостью подземной части сооружения, что отражено в работах Глухова B. C., Малышкина А. П. [40, 68].
С целью уменьшения затрат на строительство и снижения расхода материалов на устройство фундаментов необходимо совершенствовать методы их расчета, учитывающие особенности конструктивных форм проектируемого фундамента. В работах Бартоломея А. А., Омельчака И. М., Болдырева Е. Г., Баранова Д. С., Готмана A. Л., Готман Н. З. [21, 22, 27] и других специалистов указано, что, изменяя жесткость элементов системы «здание-фундамент-грунт» можно добиться относительно равномерных значений осадок фундаментов по их площади.
В БашНИИстрое на основе обобщения опыта проектирования комбинированных свайно-плитных фундаментов и проведенных исследований по изучению взаимодействия свай, грунта и плиты, были разработаны основные расчетные положения и нормативная документация по проектированию таких фундаментов. Были внесены предложения по учету включения основания плиты в работу и по определению доли нагрузки, передаваемой на сваю. Суть метода состоит в возможности использования теоретически полученных графиков «нагрузка-осадка». В программном комплексе «SCAD» были выполнены численные исследования закономерностей перераспределения нагрузок в свайно-плитном фундаменте в виде плиты на упругом основании. Путем подбора характеристик основания было выявлено, что фактический модуль деформации основания свайного поля значительно выше природного. В результате была разработана методика определения деформативных характеристик основания свайно-плитного фундамента из забивных свай, путем назначения соответствующих коэффициентов жесткости свай. [20].
Сложность такого подхода связана с обязательным проведением натурных экспериментальных исследований, для получения зависимости деформация-нагрузка. В результате проведенного обзора можно сделать следующий вывод. Для рассматриваемых видов и типов фундаментов не существует достаточно эффективных методов расчета, которые позволяли бы создать фундаменты с наилучшими геометрическими параметрами и минимальными осадками, с учетом неравномерности действующих давлений на фундамент от конструкций здания. 1.5. Задачи теоретических и экспериментальных исследований
Проведенный анализ публикаций отечественных и зарубежных научных исследований, и нормативной документации позволил определить перечень теоретических и экспериментальных задач данного диссертационного исследования.
На основе экспериментальных исследований определить деформированное состояние и физико-механические характеристики пылевато-глинистых грунтов в основании плитного фундамента на искусственно-улучшенном основании - структурном геомассиве. Выявить закономерность изменения деформированного состояния основания при устройстве в грунте отдельных грунтоцементных элементов по равномерной сетке под всей плитой здания;
Выполнить численное моделирование процесса загружения основания здания в упрочненном упругопластическом полупространстве с использованием программных комплексов «Plaxis» и «Lira»;
Разработать инженерный метод проектирования фундаментов на искусственном улучшенном основании типа СГМ, позволяющий определять оптимальное распределение грунтоцементных элементов под всей площадью плиты, а также определять длину и шаг элементов;
Экспериментальные и лабораторные испытания грунтоцементных элементов
По результатам штамповых испытаний были получены следующие значения модуля деформации основания: Е} = 97,8 МПа в интервале давлений 0,15...0,25 МПа (это величины расчетных давлений под фундаментной плитой); Е2 = 61,8 МПа в интервале давлений 0,15...0,35 МПа (для определения общей картины нагружения грунта). 2.4. Выводы по главе
По результатам исследований, приведенных во второй главе можно сделать следующие выводы: 1. Гарантированный диаметр элемента 1200 мм во всех инженерно-геологических элементах при технологических параметрах процесса струйной цементации (jet-2) обеспечивается при расходе цемента 650...800 кг на один погонный метр закрепления грунта; 2. Осредненный предел прочности на сжатие грунтоцемента {осж) находится в диапазоне: 3,2...4,1 МПа для ИГЭ-2 (суглинок 4 = 0,1); 8,0...9,0 МПа для ИГЭ-3 (песок); 3,4...3,8 МПа для ИГЭ-4 (глина IL = 0,0). С увеличением показателя текучести грунта (4) прочность грунтоцемнта снижается; 3. Осредненный модуль деформации грунтоцемента (Ещэ) находится в диапазоне: 1,6...2,1 ГПа для ИГЭ-2 (суглинок); 4,0...4,4 ГПа для ИГЭ-3 (песок); 1,7... 1,9 ГПа для ИГЭ-4 (глина). Это значит, что после закрепления, деформационные характеристики увеличились у суглинков в 99 раз, у глин в 116 раз; 4. При устройстве искусственного основания по схеме структурный геомассив эффективный модуль деформации (Есш) в 6 раз (с 10,4 МПа до 61,8 МПа) превышает модуль деформации природного грунта. С помощью проведенных экспериментов установлена зависимость эффективного модуля деформации (Е) от его природного значения, что позволяет регулировать этот параметр в каждом конкретном случае при проектировании разных объектов. При этом объемная доля содержания ГЦЭ (с) не превышает 30%. В некоторых случаях (в сейсмоопасных районах) эта объемная доля может достигать 50%, чтобы обеспечить несущую способность грунта.
Структурный геомассив – это упрощение расчетной модели поля отдельных ГЦЭ с межэлементным грунтовым массивом, путем замены гомогенным, изотропным аналогом с эффективными характеристиками.
Разрабатываемая расчетная модель СГМ ориентирована на использование на стадиях проектирования в задачах механического поведения систем «фундамент-грунтовое основание» (ФГО), т.к. это существенно снижает время при рассмотрении большого количества вариантов фундаментных конструкций.
По-видимому, наиболее целесообразной стратегией является выполнение тщательного анализа некоторых типичных моделей на уровне сложности, доступном современной вычислительной технике, и сопоставление результатов такого расчета с упрощенным.
Важное значение при этом имеет определение области применимости модели СГМ. Для этого в данном разделе проведены исследования взаимовлияния грунтоцементных элементов с учетом нелинейного поведения грунта, и решены задачи по оценке влияния размеров и расположения ГЦЭ в структурном геомассиве на точность решения. Используя численное моделирование и экспериментальные данные, представлены результаты применения разных расчетных моделей для определения осадок плитного фундамента на армированном основании. 3.1. Основные положения и зависимости деформационной модифицированной модели пластичного упрочняющегося грунта «hardening-soil»
Модель упрочняющегося грунта (Hardening-Soil model) является усовершенствованной моделью, предназначенной для моделирования поведения различных типов грунтов, как слабых, так и прочных.
В отличие от упругой идеально пластической модели Мора-Кулона, поверхность текучести модели пластичного упрочняющегося грунта не зафиксирована в пространстве главных напряжений, а может расширяться благодаря пластическому деформированию. Рассматривают два основных типа упрочнения: при сдвиге и при сжатии.
Упрочнение при сдвиге применяется для моделирования необратимых деформаций, появившихся в результате первичного девиаторного нагружения; упрочнение при сжатии - для моделирования необратимых пластических деформаций, обусловленных первичным сжатием при одометрическом или изотропном нагружении. Настоящая модель содержит оба типа упрочнения.
При первичном девиаторном нагружении жесткость грунта уменьшается с одновременным развитием необратимых пластических деформаций. В особом случае испытаний грунта на всестороннее сжатие при возможности дренирования, наблюдаемая зависимость между осевой деформацией и девиаторным напряжением может быть четко аппроксимирована с помощью гиперболы. Такая зависимость впервые была сформулирована Конднером (Kondner) [109] и позже применена в гиперболической модели (Duncan & Chang) [102]. Однако модель упрочняющегося грунта, безусловно, превосходит по точности гиперболическую модель. Во-первых, это происходит за счет применения теории пластичности, а не теории упругости; во-вторых, за счет учета дилатансии грунта и, в-третьих, за счет введения понятая «шапки» текучести [98]. Основными характеристиками модели являются:
Определение размеров области влияния ГЦЭ
Одним из основных требований, предъявляемых к фундаментам зданий, являются значения относительной разности осадок фундамента или его крен, которые определяются по действующим нормативным документам [71].
Следует также отметить, что знания о динамике развития относительной разности осадок точек фундаментной плиты, в силу своей информативности, могут быть в дальнейшем использованы для прогноза. Значения относительной разности осадок фундамента позволяют определить степень критического состояния сооружения, а значения скоростей деформаций позволяют осуществить прогнозирование возможного критического состояния.
Для наблюдения поведения системы «основание - фундаментная плита» разработана система мониторинга. Целью мониторинга является: - Организация систематических измерений параметров, характеризующих деформированное состояние системы «основание - фундаментная плита» в процессе строительства и до полного завершения строительства дома; - Математическая обработка и анализ результатов измерений. Оценка перемещений фундаментной плиты как единого целого осуществляется по величине вертикального смешения характерной точки фундаментной плиты относительно внешней наблюдательной точки, расположенной на удалении от области деформации грунтового основания под строящимся зданием.
В качестве основного измерительного средства системы мониторинга используется гидронивелир. Возможность использования этого средства регламентирована действующими нормативными документами. Это средство особенно удобно в условиях отсутствия прямой видимости наблюдаемой точки с места наблюдения. Точность измерения вертикальных осадок с помощью гидронивелира обеспечивается в пределах ± 1 мм.
В процессе мониторинга были организованы систематические измерения вертикальных осадок фундаментной плиты в процессе строительства. Строительство здания начато 5.07.2010г. За период наблюдения с 7 декабря 2010 года по 7 июля 2011 г. было выполнено 10 замеров. Частота измерений на начальном этапе наблюдения составляла 1 раз в 2 недели, далее в среднем 1 раз в месяц.
На фундаментной плите определена система точек, в которых производятся измерения относительных вертикальных перемещений. Измерительные точки располагаются на колоннах каркаса здания в подвале здания. Схема расположения измерительных точек на фундаментной плите, а также нумерация этих точек представлены на рисунке 4.8. Колонна №14 выбрана в качестве опорной точки А.
Измерения производятся следующим образом. Одна из линеек гидроуровня устанавливается на опорной точке А, другая - на i-ой точке В (колонне). С измерительных линеек снимаются показания, соответствующие положению уровня жидкости на линейке, установленной на опорной точке (а0i) и на текущей i-ой точке (b0i). Первый нижний индекс (0) обозначает, что эти показания определяют начальный отсчет, соответствующий начальной дате измерений. Всем последующим датам измерений соответствуют k - значения первого нижнего индекса (k = 1, 2, 3...). Второй нижний индекс соответствует номеру колонны, для которой производится измерение. Вертикальное перемещение i-ой колонны относительно опорной точки А для k - измерения определяется соотношением: Uk ,i = (ak ,i -bk ,i ) - (a0,i -b0,i ) = Dhk ,i - Dh0,i (4.1) Знак этой величины определяет смещение i-ой колонны относительно опорной точки: если Uk ,i 0, то i-ая колонна перемещается вниз и наоборот (нулевая отметка линеек находится внизу). Рисунок 4.8 – Схема размещения точек измерения вертикальных перемещений
Оценка вертикальной осадки фундаментной плиты, как единого целого относительно поверхности недеформированного грунта осуществляется для каждого момента времени путем измерения смещения опорной точки А относительно фиксированной внешней точки Р, расположенной на торцевой стене соседнего здания (г. Пермь ул. Островского, 66). Для удобства снятия показаний используется промежуточная опорная точка S, расположенная на колонне №31, ближайшей к внешней точке доступной колонны, расположенной у торцевой стены строящегося здания (рисунок 4.9).
Мониторинг поведения монолитного железобетонного фундамента 17-ти этажного жилого дома в г. Перми
По результатам измерений вертикальных осадок фундаментной плиты, произведенных с 7 декабря 2010 года по 5 июля 2011 года можно сделать следующие выводы:
1) Зарегистрированные величины осадок колонн свидетельствуют о том, что в течение всего времени наблюдений происходила осадка фундаментной плиты под действием нагрузок, вызванных увеличением веса строящегося здания. За весь период наблюдений осадка фундаментной плиты в целом относительно внешней неподвижной точки Р составила - 2,85см;
2) Максимальная неоднородность относительных осадок точек фундаментной плиты составляет - 1,0 см, при этом ее увеличения не наблюдается. Процесс осадки сооружения происходит равномерно, наблюдается смещение вниз всех точек фундамента практически на одну величину. Это означает, что имеет место осадка здания как жесткого целого;
3) Скорость осадки фундаментной плиты в предпоследние 2 месяца была постоянной и составила - 0,3см за месяц;
4) На последнем месяце наблюдения к 5.07.2011 осадки фундаментной плиты практически стабилизировались.
Проектирование СГМ под жилой комплекс в г. Краснодаре с учетом стадийности строительства и снижения сейсмичности по грунтовым условиям
С целью получения оптимальных проектных решений армированного грунтового массива струйной цементацией, учитывающего стадийность строительства и условия снижения сейсмичности по грунтовым условиям была произведена апробация разработанной методики при проектировании реального строительного объекта.
Проектировался жилой комплекс в г. Краснодаре, микрорайоне Гидростроителей, по ул. Автолюбителей. Комплекс представляет собой пять 24-этажных жилых дома (литеры 1…5), расположенных в одну линию и соединенных между собой 1-этажными общественными зданиями (литеры 6…9). Здания комплекса проектируются на фундаментных плитах, разделенных деформационными швами.
В условиях рассматриваемой площадки (рисунок 4.17) можно выделить основное расчетное сечение 1-1 (рисунок 4.18).
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: почвенно-растительный слой; ИГЭ-3: глина полутвердая, с прослойками песка мелкого водонасыщенного, с включением органики до 5% (Е = 8МПа); ИГЭ-4: супесь пластичная, с прослоями мелкого песка насыщенного водой (Е = 4МПа); ИГЭ-5: глина тугопластичная, с включением органики до 5%, с прослоями песка мелкого, водонасыщенного (Е = 5МПа); ИГЭ-6: глина текучая, с включением органики до 20%, с прослоями песка мелкого, водонасыщенного (Е = 3МПа); ИГЭ-7: песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой (Е = 22МПа).
Категория грунтов по сейсмическим свойствам: ИГЭ-3, ИГЭ-5, ИГЭ-7 - II (вторая), ИГЭ-4, ИГЭ-6 - III (третья). Фоновая сейсмичность района строительства - 7 баллов. Сейсмичность площадки, в соответствии с грунтовыми условиями - 8 баллов.
Изучение инженерно-геологических условий площадки и научно-технического отчета по сейсмичности участка показывает, что основной проблемой площадки являются повышенная сейсмичность, значительная толщина слабых заторфованных пылевато-глинистых грунтов и подтопление территории.
В связи с тем, что толща заторфованных пылевато-глинистых грунтов весьма значительна, был выполнен предварительный размыв грунта при бурении до проектной отметки. После этого на обратном ходе производилась цементация грунта. Размер ГЦЭ при этом получался диаметром 1,5м.
Кроме того, при строительстве на данной площадке необходимо учесть следующие особенности: возведение разно-этажных зданий (одно и 24-х этажное здание), разделенных деформационным швом, существенную неоднородность нагрузок, передаваемых на основание от каждого здания, стадийность строительства и то, что допустимая разница осадок между блоками зданий должна составлять не более 7см.
Таким образом, на данной площадке строительства решался ряд сложных геотехнических задач: - 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) и одноэтажного зданий (литер 6).
Одной из главных задач армирования основания является повышение его сейсмической жесткости (перевод сейсмичности площадки по грунтовым условиям с 8 балов на 7 баллов). Как показали результаты теоретических исследований [69, 106], и проведенных нами полевых экспериментальных работ, 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 волны, и ее воздействие на грунт, защищенный элементами, уменьшается.
Вместе с тем, устройство таких вертикальных армирующих элементов приводит к эффекту обжатия грунта и ограничению абсолютной величины его объемных деформаций при воздействии сейсмической волны. В этих условиях не возникают явления «виброразжижения» и «виброползучести». Все это дает значительный экономический эффект от снижения затрат на сейсмозащитные мероприятия для строящегося здания. Далее структурный геомассив рассчитывался по разработанной методике. При этом был получен оптимальный вариант устройства армирования 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.