Содержание к диссертации
Введение
I. Анализ существующих способов и методов упрочнения грунтов основания зданий и сооружений 13
1.1. Методы армирования грунтов вертикальными элементами 13
1.2. Современные концепции армирования грунтов 16
1.3. Методы расчета армированных грунтовых оснований 27
1.4. Расчет армированных массивов методом конечных элементов...44
Выводы по главе 1 47
II. Лабораторные испытания армированных вертикальными элементами грунтовых оснований 48
2.1. Общие положения по моделированию 48
2.2. Материалы, методика определения прочностных и деформативных характеристик материалов используемых при лабораторном моделировании 54
2.3. Методика моделирования армированного грунтового массива в объемном лотке 57
2.4. Несущая способность, осадки, напряжение в грунте, усилия и деформации армирующих элементов, характер развития уплотненной зоны армированного основания 74
2.4.1. Несущая способность армированного основания 74
2.4.2. Осадка армированного грунтового основания по результатам лабораторных испытаний 75
2.4.3 Напряжения в грунте армированного основания по результатам лабораторных испытаний 82
2.4.4. Усилия в армирующих элементах по результатам лабораторных испытаний 88
2.4.5. Характер развития уплотненной зоны по результатам лабораторных испытаний 93
2.4.6. Горизонтальные перемещения армирующих элементов по результатам лабораторных испытаний 95
2.4.7. Деформации модели плитного фундамента по результатам лабораторных испытаний 96
Выводы по главе 2 99
III. Полевые испытания армированных вертикальными элементами грунтовых оснований 101
3.1. Основные положения по выбору экспериментальных площадок 102
3.2. Методика создания армированного грунтового основания для полевых испытаний 107
3.3. Несущая способность, осадки, напряжения в грунте, усилия и деформации армирующих элементов 117
Выводы по главе 3 124
IV. Напряженно-деформированное состояние, прочность и деформативность основания, армированного вертикальными элементами 126
4.1. Основные гипотезы 126
4.1.1 Назначения основных параметров армирующих элементов, область применения метода 128
4.1.2. Определение несущей способности армированного вертикальными элементами грунтового основания 129
4.1.3 Определение несущей способности армированного вертикальными элементами грунтового основания при I < b/2 + Sd 132
4.1.4 Определение несущей способности армированного вертикальными элементами грунтового основания при I > b/2 + Sd 134
4.2. Инженерный метод определения осадок армированного вертикальными элементами грунтового основания 137
4.3. Результаты сопоставления экспериментальных данных с расчетными значениями, по предлагаемым в настоящей работе методикам 141
Выводы по главе 4 144
V. Практическая реализация результатов исследований 145
5.1. Конструктивная схема армированного основания и инженерно-геологические условия строительной площадки на территории комплекса нефтеперерабатывающих заводов в г. Нижнекамск РТ 145
5.1.1 Организация и результаты наблюдений за осадкой резервуара... 149
5.2. Результаты апробации предложенных методов расчета на примере резервуара для хранения нефтепродуктов в г. Нижнекамск РТ 151
5.3. Конструктивная схема, инженерно-геологические условия опытных площадок, организация и результаты наблюдения за осадками штампов на армированном основании, испытанных А.Н. Сауриным 152
5.4. Результаты апробации предложенных методов расчета на примере осадками штампов на армированном основании, испытанных А.Н. Сауриным 156
Общие выводы 159
Список литературы 161
Приложения 174
Приложение 1. Пример расчета, армированного вертикальными элементами грунтового основания 175
Приложение 2. Результаты лабораторных испытаний армированных грунтовых оснований 186
Приложение 3. Результаты крупномасштабных испытаний армированных грунтовых оснований 210
- Современные концепции армирования грунтов
- Общие положения по моделированию
- Методика создания армированного грунтового основания для полевых испытаний
- Конструктивная схема армированного основания и инженерно-геологические условия строительной площадки на территории комплекса нефтеперерабатывающих заводов в г. Нижнекамск РТ
Введение к работе
Актуальность темы.
Увеличивающаяся из года в год стоимость зданий и земельных участков в городах РФ диктует увеличение этажности проектируемых зданий и, как следствие, нагрузок, а также формирует тенденцию к освоению ранее неугодных для строительства участков. При этом передаваемые суммарные нагрузки (с учетом собственного веса грунта) на основание в отдельных случаях могут достигать до 1,0 МПа. При высоких нагрузках или неблагоприятных инженерно-геологических условиях площадок строительства одним из способов увеличения несущей способности и уменьшения осадок оснований является вертикальное армирование грунтов в основании зданий и сооружений.
Армированное грунтовое основание представляет собой комбинацию грунта и армирующих элементов. При этом армирующие элементы располагаются в вертикальном направлении с таким расчетом, чтобы ограничить деформации грунтов, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, для повышения устойчивости основания в целом. Армирующие элементы при этом меняют условия деформирования основания, взаимодействуя с грунтом по боковой поверхности и по торцам. Формирование вертикально армированного грунтового основания может быть выполнено как сваями заводского изготовления, в том числе из стальных труб и прокатных элементов, так и выполнением армирующих элементов в предварительно устроенных скважинах.
Существующие аналитические методы расчета несущей способности и осадок армированных грунтовых оснований дают значительные расхождения между фактическими и расчетными величинами и требуют дальнейшего развития с более точным учетом условий совместного деформирования армирующих элементов с грунтовым массивом.
В связи с вышеизложенным, возникает необходимость усовершенствования методики расчета несущей способности и осадок армированных грунтовых оснований с учетом изменения прочностных и деформационных свойств грунтов в условиях совместного деформирования армирующих элементов и грунта.
Объектом исследования являются армированные вертикальными элементами грунтовые основания зданий и сооружений.
Предметом исследования является напряженно-деформированное состояние армированных вертикальными элементами грунтовых оснований зданий и сооружений.
Целью диссертационной работы является разработка усовершенствованных методов расчета несущей способности и осадок оснований, армированных вертикальными элементами, с учетом совместного деформирования армирующих элементов и грунтового массива.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Проведение анализа современного состояния проблемы и особенностей устройства армированных массивов с целью преобразования строительных свойств грунтов, выявление достоинств и недостатков различных расчетных схем и методик. Сравнение полученных данных с результатами полевых и лабораторных испытаний.
-
Разработка методики устройства и исследования напряженно-деформированного состояния моделей армированных вертикальными элементами грунтовых оснований в лабораторных и полевых условиях.
-
Проведение экспериментальных исследований изменения деформаций и несущей способности армированных грунтовых оснований при различных жесткостях и шаге армирующих элементов.
-
Разработка эффективной расчетной модели и методики расчета несущей способности и осадок армированного грунтового основания, с учетом совместного деформирования грунтов и армирующих элементов.
Методы исследований. Разработанные методики расчета несущей способности и осадок армированных оснований основаны на положениях метода предельных состояний, теории предельного напряженного состояния грунтов, теории прочности Кулона-Мора и метода послойного суммирования деформаций оснований. Планирование, проведение и анализ экспериментальных исследований выполнен на основании общепринятых положений метода маломасштабного моделирования и теории расширенного подобия.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Разработана методика расчета несущей способности и осадок армированных грунтовых оснований, которая отличается от существующих тем, что учитывается совместное деформирование грунта и армирующих элементов.
-
Получены новые аналитические зависимости, характеризующие механическое состояние армированного грунтового основания с учетом совместного деформирования грунтового массива и армирующих элементов.
-
Установлены неизвестные ранее закономерности напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов, армированных вертикальными элементами.
-
Получены новые экспериментальные данные о несущей способности и деформации оснований фундаментов, армированных вертикальными элементами, испытанных в лабораторных и полевых условиях, а также данные о развитии осадок армированного основания реального объекта.
На защиту выносятся:
- результаты экспериментальных исследований несущей способности и осадки армированных вертикальными элементами грунтовых оснований;
- закономерности развития напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов, армированных вертикальными элементами;
- аналитические выражения механического состояния армированного грунтового основания с учетом реального деформирования грунтового массива и армирующих элементов;
- усовершенствованные методы расчета несущей способности и осадки армированных грунтовых оснований;
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены применением известных законов механики твердого деформируемого тела, механики грунтов, выполнением экспериментальных исследований с помощью известных апробированных и поверенных контрольно-измерительных приборов и оборудования, обеспечивающих достаточную точность измерений при испытаниях, а также достаточной для практических расчетов сходимостью результатов экспериментальных исследований и расчетов по предложенным методам.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основании выполненных исследований разработаны усовершенствованные методики расчета несущей способности и осадки армированных вертикальными элементами грунтовых оснований с учетом совместного деформирования армирующих элементов и грунтового массива, позволяющие повысить надежность, а в ряде случаев – расчетную несущую способность, и за счет этого получить более экономичные проектные решения оснований и фундаментов.
Личный вклад автора в решение проблемы. Автором проведены все экспериментальные исследования, выполнен анализ результатов полученных данных и выявлены основные закономерности развития напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов, армированных вертикальными элементами, получены аналитические выражения механического состояния армированного грунтового основания с учетом реального деформирования грунтового массива и армирующих элементов, усовершенствованные методы расчета несущей способности и осадки армированных грунтовых оснований.
Апробация работы. Материалы работы были доложены и одобрены на ежегодных республиканских конференциях (Казань, 2006-2012 гг.), Международной конференции по геотехнике «Развитие городов и геотехническое строительство» (Санкт-Петербург, 2008 г.), конференции по геотехнике «Геотехника: научные и прикладные аспекты строительства надземных и подземных сооружений на сложных грунтах» (Санкт-Петербург, 2008 г.), IV Общероссийской конференции изыскательских организаций (Москва, 2009 г.), конференции по геотехнике «Актуальные научно-технические проблемы современной геотехники» (Санкт-Петербург, 2009 г.), конференции по геотехнике «Актуальные вопросы геотехники при решении сложных задач нового строительства и реконструкции» (Санкт-Петербург, 2010 г.), Международной конференции «Фундаменты глубокого заложения и проблемы освоения подземного пространства» (Пермь, 2011 г.), 7-ой Всеукраинской научно-технической конференции «Механика грунтов, геотехника и фундаментостроение» (Одесса, 2011 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении» (Новочеркасск, 2012 г.).
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет» при поддержке гранта Академии наук Республики Татарстан «Новые технологии укрепления грунтовых массивов путем вертикального армирования» (№10-03, 2009).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 печатных работах (в том числе 2 публикации в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 126 наименований. Работа содержит 12 таблиц и 149 рисунков. Общий объем диссертации – 218 страниц.
Современные концепции армирования грунтов
Вопросами стабилизации слабых грунтов в нашей стране занимались Ю.М. Абелев [1], С.Д. Воронкевич [13], Г.Н. Жинкин и В.Ф. Калганов [29], М.Н. Перший [62], Б.А. Ржаницин [64], В.В. Аскалонов и А.Н. Токин [3], С.Г. Богов [11], а за рубежом - А. Добсон, Л. Казагранде, Paul Т. [122] и др.
Современная строительная практика укрепления грунтовых оснований путем вертикального армирования приведена в [127] и имеет несколько направлений представленных на рис. 1.1.
Армирование грунтов готовыми забивными армирующими элементами (железобетонные, металлические, деревянные, комбинированные) - сваями является хорошо отработанным высокотехнологичным методом. В практике строительства сваи, изготовляемые на заводах, погружают в грунт с поверхности земли или со дна котлована с помощью сваебойных молотов; погружением с помощью вибропогружателей и вибромолотов; вдавливанием статической нагрузкой; завинчиванием. Процессы, происходящие в грунте при погружении свай, были исследованы такими учеными как В.Н. Голубков [14, 15], Б.И. Далматов [25], А.А. Луга [42], и др., зависят от типа свай, фунтовых условий, технологии погружения и т.п. Свая при погружении вытесняет объем грунта, равный своему объему, в результате чего грунт около сваи уплотняется. Зона уплотнения грунта вокруг забивных свай имеет радиус порядка трех диаметров сваи, по мере удаления от сваи структура и плотность грунта приближается естественным значениям. Под нижним концом сваи зона уплотнения грунта имеет форму, близкую к сфере, и распространяется на глубину до 4-х диаметров сваи.
Методика изготовления армирующих элементов путем смешивания местного грунта с вяжущими материалами в скважине приведена в работе [44]. Одним из таких вяжущих материалов, является негашеная известь. При смешивании порошкообразной извести с водонасыщенным глинистым грунтом в результате гидратации извести происходит значительное обезвоживание грунта в прилегающей зоне и одновременно повышается прочность грунта, смешанного с известью образовывая «известковые колонны».
Оборудование для изготовления «известковых колонн» в водонасыщенных глинистых грунтах состоит из штанги с установленным на ее нижнем конце режущим инструментом представлено на рисунке 1.5. При вращательно-поступательном движении штанги режущий инструмент разрушает слабый грунт и одновременно его перемешивает.
Использование песчаных свай для укрепления слабых грунтовых оснований приведено в работах [37, 39]. Песчаные сваи представляют собой вертикальные скважины, заполненные чистым крупным песком с использованием оболочки из геотекстиля или без нее. Глубина скважин определяется глубиной залегания слабых грунтов, которые проходят насквозь.
Технология изготовления сваи заключается в том, что в стальную трубу, погруженную в грунт буровым или виброспособом, закладывают предварительно сформированный в виде рукава геотекстиль. Внутренний объем рукава заполняют песком. Следующая операция - извлечение трубы и уплотнение засыпанного песка, в результате чего геотекстиль несколько растягивается по окружности.
Песчаные и грунтовые сваи устраиваются для повышения устойчивости и снижения осадки слабого основания. Песчаные сваи воспринимают часть нормальных напряжений, при этом разгружают слой слабого грунта в межсвайном пространстве. При заполнении дренирующим грунтом сваи одновременно выполняют функцию вертикальных дрен. Применение такого рода свай в оболочке из геоматериала особенно эффективно в грунтах, обладающих структурной прочностью, т.к. позволяет ограничить напряжения в грунте величиной структурной прочности, резко уменьшить осадку и повысить устойчивость основания. При определенном расстоянии между песчаными сваями (порядка трех-четырех диаметров), сваи образуют сплошной массив армированного уплотненного грунта. Улучшение прочностных и деформационных характеристик грунта в теле сваи и зоне уплотнения приводит к увеличению несущей способности основания, что позволяет передать на преобразованные грунтовые основания большие удельные нагрузки. Применение указанной технологии полностью устраняет просадочные свойства грунтов, позволяет ускорить процесс консолидации водонасыщенных глинистых грунтов. Метод применения песчаных свай относительно дешев, прост в осуществлении, не требует сложного оборудования. Этот метод может применяться везде, где есть песок. При этом качественные требования к песку могут быть довольно ограниченными.
Инъекционные способы укрепления грунтов используются при строительстве, реконструкции и ремонте зданий и сооружений различного назначения. Областью применения инъекционного укрепления грунтов при строительстве являются участки несвязных водонасыщенных и нарушенных скальных грунтов (ГОСТ 25100-95), ликвидации водопритоков в подземные выработки и сооружения, устройства ограждений котлованов, защитных экранов (завес), укрепления оснований и фундаментов зданий и других сооружений, находящихся в зоне влияния строительства. Схема производства работ приведена на рис. 1.6.
В современной практике используют методы вертикального армирования оснований вспененными цементогрунтовыми растворами через направленные гидроразрывы. Областью применения такого армирования не ограничивается как в случае цементации несвязными водонасыщенными грунтами, а за счет гидроразрыва методика может быть распространена на влажные и маловлажные несвязные грунты, а также на глинистые грунты независимо от консистенции.
При укреплении грунта в основании плитных, ленточных и столбчатых фундаментов нагнетание растворов следует вести через трубки, устанавливаемые в теле фундамента.
Конструктивные схемы закрепления через инъекционные трубки приведены на рисунке 1.8:
- схему I следует применять, как правило, для плитных фундаментов при возможности размещения трубок по сетке:
- схема II наиболее предпочтительна при укреплении хорошо проницаемых лессовых просадочных грунтов большой мощности.
Способ армирования оснований буронабивными элементами предусматривает устройство в грунте более прочных элементов, совместно работающих с массивом и конструктивно не связанных с фундаментом. Способ распространяется на проектирование и устройство армирования основания как мероприятия, предусмотренного:
а) в лессовых просадочных грунтах I и II типов, для уменьшения деформаций за счет исключения просадки, а также для обеспечения нормальной эксплуатации сооружений и технологического оборудования в условиях аварийного замачивания или подъема уровня грунтовых вод;
б) в слабых, сильносжимаемых, в том числе водонасыщенных грунтах для уменьшения деформаций и обеспечения эксплуатационной надежности зданий и сооружений.
Материалом буронабивных элементов служат цементогрунт, бетоны и твердеющие растворы на основе цемента и других вяжущих. Буронабивные элементы устраивают по аналогии с буронабивными сваями в скважинах 0 250-350 мм с последующим их заполнением твердеющим материалом.
Общие положения по моделированию
Согласно положениям действующих норм [70, 71] расчет основания производится по несущей способности и по деформациям. При этом, определяющим является расчет по деформациям, в значительной степени учитывающий напряженно-деформированное состояние сооружения. С учетом этого при проведении экспериментальных исследований было выполнено не полное подобие напряженно-деформированного состояния основания, а моделировались его осадки.
Для исследования работы армированного грунтового массива, армированного вертикальными армирующими элементами, была использована методика моделирования работы грунтового основания в соответствии с [45]. Метод моделирования является эффективным средством исследования, позволяющий провести качественное и количественное изучение напряженно-деформированного состояния конструкций, оценить достоверность методов их расчета, распространить результаты единичных опытов на рассматриваемый класс систем.
Применение принципов метода моделирования при исследованиях было вызвано: экономичностью, недостаточностью больших экспериментальных площадей и малогабаритного испытательного оборудования, относительно быстрым изготовлением и испытаниям моделей. При изготовлении и испытании, учтены условия удобства с размещением моделей на столе и на полу лаборатории, размер которой не превышают 1-2м. Линейный масштаб модели принят М 1:50.
При установлении подобия процессов использовалась теория расширенного подобия. Критерии подобия напряженно-деформированного состояния грунтового основания получены для системы "грунтовый массив -армирующие элементы" как составного тела. Подобие материалов сооружения рассматривается исходя из подобия индикаторных диаграмм а - є. Критерии подобия грунтового основания при исследовании напряженно-деформированного состояния сооружения получены на основании графиков Р -S штамповых испытаний. Гомогенность диаграмм рассматривается не на всем участке, а в параметрических и дополнительных точках.
Основание сооружения является составной частью системы "сооружение-основание". Поэтому правильное определение критериев подобия основания и их выполнение в значительной степени влияют на конечный результат исследований системы в целом. Согласно [45] при определении механических характеристик грунта необходимо выполнить следующие требования:
- свойства образцов должны соответствовать состоянию грунта в естественном залегании;
- граничные и временные условия загружения и деформирования грунта при его работе в сооружении должны моделироваться при испытаниях.
Поэтому при использовании метода моделирования появляется необходимость применения низкомодульных материалов, объясняющаяся тем, что при использовании теории расширенного подобия нагрузки на модели во, столько раз больше, чем на натуре, во, сколько отношение перемещений к линейным размерам. В соответствии с этим грунт, применяемый для изготовления моделей - армированного грунтового массива может удовлетворять определенным механическим характеристикам. Модуль деформации грунта Е должен быть по возможности ниже, а плотность р должна быть по возможности выше для соответствующих значений. Причем, должны соблюдаться граничные условия, при которых: в качестве необходимых являются 5 Е 50 и р 0,8г/см , а в качестве желательных - 5 Е 25 и р 1,2г/см для заданного интервала Е. Размеры модели плитного фундамента для испытаний армированного грунта в лотке подбирался из условий зон распространения напряжений в массиве грунта под подошвой плиты для условий пространственной задачи классической теории предельного состояния механики грунтов. Согласно этой теории, изолинии напряжений по глубине и по горизонтали, 0,1Р должны вписываться во внутреннюю полость лотка. Помимо этого для полного исключения влияния жестких стенок, последние смазывались техническим вазелином и обклеивались пленкой в три слоя. Выполнение этих условий позволяет исключить влияние жестких вертикальных стенок и днища лотка на распространение напряжений в грунтовом массиве под штампом и тем самым, исключить искажение результатов испытания.
Размеры и методика создания моделей армирующих элементов должны принимать с учетом характеристик прочности, изгибной жесткости, а также возможностью при этих характеристиках смоделировать все стадии напряженного состояния армирующих элементов: осевое сжатие на начальных этапах нагружения и нестационарный изгиб на этапе неупругих деформаций армированного основания.
Согласно п 2.13 [20] рассматривая работу грунта под фундаментами зданий и сооружений наиболее полно выполняются вышеназванные требования при штамповых испытаниях фунта пробными нагрузками. Поэтому в основу определения деформационных характеристик грунта при испытании лабораторных моделей на армированном грунтовом основании была положена методика штамповых испытаний. При проведении исследования, учитывая класс рассматриваемых задач, в качестве исходной информации для установления подобия армированного грунтового основания принимаем зависимость осадки от давления, получаемую в результате штамповых испытаний. При этом исходим из того, что график Р структурно подобен диаграмме а - є;
Давление Р интегрально характеризует нормальное контактное напряжение под штампом и является осредненной величиной значений нормальных контактных напряжений, а осадка штампа S и величина Aj - Єї сходны.
В соответствии с этим подобие материалов грунтовых оснований следует трактовать как подобие графиков штамповых испытаний.
Возможные графики штамповых испытаний, приведенные на основе данных работы [45], показаны на рисунке 2.1. Кривая 1 характерна для фундаментов мелкого заложения на плотных грунтах. Зависимость 2 характерна для глинистых грунтов и песков средней плотности, а также для плотных грунтов при фундаментах глубокого заложения. График 3 характерен для слабых грунтов. Для кривых 1 и 2 (рис. 2.1.) характерно наличие линейного участка ОА Линейную зависимость Р характеризует некоторое уплотнение грунта, медленное развитие зон сдвигов. Эту фазу работы основания с достаточной степенью точности можно принять линейной. Следовательно, точка А с координатами PY и SY, являющаяся границей линейной работы основания, может быть принята в качестве параметрической. Участок АВ (ОВ для кривой 3 рис. 2. характеризуется более интенсивным развитием зон сдвигов. Перемещение основания носит значительный характер. В конце участка завершается процесс формирования упругого ядра. Эта фаза работы основания принята нелинейной. Точка В с координатами Руп и Syn является второй параметрической точкой. Участок ВС характеризует разрушение основания. Штамп вместе с упругим ядром раздвигает грунт и резко перемещается вниз, получая значительную, но конечную осадку. Точка С с координатами Рп и Sn определяет окончательное перемещение штампа и является третьей параметрической точкой графика Р - S.
Методика создания армированного грунтового основания для полевых испытаний
Натурные испытания грунтового основания армированного вертикальными элементами проводились на опытных полигонах КазГАСУ в пос. Пестрецы и спортивно - оздоровительного лагеря «Строитель» РТ.
Создание армированного основания при проведении полевых испытаний осуществлялось с глубины опытного котлована 0,3 м. Формирование армирующих элементов в грунтовом массиве осуществлялось в предварительно пробуренных скважинах. Бурение скважин производилось ручным геологическим буром заводского изготовления ОАО «ГЕОТЕСТ», с диаметром шнека 50 мм (рис. 3.2 а, б).
В пробуренные скважины устанавливались арматурные стержни, и производилось бетонирование (рис. 3.2 д, ё). Преобразование строительных свойств грунтов по глубине осуществлялось с помощью армирующих элементов, изготовленных из мелкозернистого бетона класса В 10 из одного замеса, раствор изготовлен на площадке полигона. Для контроля качества смеси были изготовлены образцы размерами 100x100x100 количеством Зшт.
Армирование элементов осуществлялось стержневой арматурой класса А-Ш 0 12мм. При проведении испытаний производилось определение деформаций части армирующих элементов, с этой целью на арматурные стержни элементов были наклеены тензометрические датчики (рис. 3.2 в, г). Выбор данных моделей армирующих элементов связан с их характеристиками прочности и изгибной жесткости, при этих характеристиках оказалось возможным смоделировать все стадии напряженного состояния армирующих элементов: осевое сжатие на начальных этапах нагружения и нестационарный изгиб на этапе неупругих деформаций армированного основания.
Поверх армированного массива устраивается песчаная подготовка -буферный слой из песка средней крупности, заданной плотности сложения, толщиной 300мм.
Определение напряжений в армированном грунтовом массиве, а также ниже зоны армирования осуществлялось с помощью датчиков давления установленных в специально пробуренных скважинах.
Первое натурное испытание грунтового основания армированного вертикальными элементами проводились на опытном полигоне КазГАСУ в пос. Пестрецы РТ.
Грунтовые условия первой площадки в пос. Пестрецы РТ до глубины 8 м были представлены маловлажными супесями с прослойками мелкого песка. Супеси обладают повышенной сжимаемостью при увеличении естественной влажности и имеют следующие, статистически осредненные, физико-механические характеристики: р=1,91 г/см; IL = 0,51, Ip = 6,0%; Е = 8,0 МПа; р = 15 ; с = 12 кПа.
Преобразование строительных свойств грунтов по глубине осуществлялось устройством армирующих элементов, изготовленных из мелкозернистого бетона. Армирующие элементы были изготовлены в предварительно пробуренных скважинах длинной 3000мм и диаметром 50 мм. В качестве материала армирующих элементов был использован мелкозернистый бетон класса В10.
В качестве модели фундамента была использована плита заводского изготовления с размерами 3.0x2.0 и высотой 0,3 м, выполненная из тяжелого бетона класса В15. Схема подготовки испытания приведена на рис. 3.3.
Статические испытания штампов производились по требованиям ГОСТ 20276-99 [75]. Для определения деформаций, напряжений и перемещений фундаментной плиты использовались наклеенные на нее тензометрические датчики и прогибомеры 6 ПАО с ценой деления 0,01мм. Прогибомеры устанавливались на реперную систему, состоящей из жесткой рамы, опоры которой располагались на расстоянии более 3,0 м от грани штампа.
Нагружение армированного вертикальными элементами грунтового основания осуществлялось ступенями по 5,1т (рис. 3.4), путем установки плит.
На выровненную поверхность грунта устанавливается прямоугольная плита заводского изготовления площадью 6,0 м (рис. 3.4). Нагружение армированного грунтового основания проводилось ступенями по 5,1 т. На каждой ступени нагружения фиксировались показания индикаторов часового типа ИЧ, прогибомеров 6 ПАО, а также напряжения в грунтовом основании и деформации армирующих элементов.
На каждой ступени фиксировались показания вертикальных перемещении фундаментной плиты, а также по показаниям тензометрических датчиков деформации самой плиты и армирующих элементов. Каждая ступень нагружения выдерживалась до условной стабилизации деформаций, за величину которой было принято 0.01мм за последний час наблюдений. По истечению выдержки снимались показания индикаторов, и осуществлялась разгрузка армированного основания ступенями по 5.1 т.
Второе натурное испытание грунтового основания армированного вертикальными элементами проводились на опытном полигоне КазГАСУ в спортивно - оздоровительном лагере «Строитель» РТ.
Грунтовые условия второй площадки до глубины 6 м были представлены мелкими песками с прослойками супеси со следующими характеристиками: р = 1,95 г/смЗ; Е= 19,0МПа, ф = 29; с=2кПа, представленные на рис. 3.5.
Преобразование строительных свойств грунта по глубине осуществлялось с помощью армирующих элементов, изготовленных из мелкозернистого бетона. Армирующие элементы были изготовлены в предварительно пробуренных скважинах длиной 2000 мм, диаметром 50 мм. В качестве материала армирующих элементов был использован мелкозернистый бетон класса В10 из одного замеса. Раствор изготовлен на площадке полигона. Для контроля качества смеси были изготовлены образцы размерами 100x100x100 количеством Зшт.
Армирование элементов осуществлялось арматурой класса А-Ш 0 12 мм. Для определения деформаций часть армирующих элементов была
На выровненную поверхность грунта устанавливается прямоугольная плита заводского изготовления площадью 6,0 м (рис. 3.4). Нагружение армированного грунтового основания проводилось ступенями по 5,1 т. На каждой ступени нагружения фиксировались показания индикаторов часового типа ИЧ, прогибомеров 6 ПАО, а также напряжения в грунтовом основании и деформации армирующих элементов.
На каждой ступени фиксировались показания вертикальных перемещении фундаментной плиты, а также по показаниям тензометрических датчиков деформации самой плиты и армирующих элементов. Каждая ступень нагружения выдерживалась до условной стабилизации деформаций, за величину которой было принято 0.01мм за последний час наблюдений. По истечению выдержки снимались показания индикаторов, и осуществлялась разгрузка армированного основания ступенями по 5.1 т.
Второе натурное испытание грунтового основания армированного вертикальными элементами проводились на опытном полигоне КазГАСУ в спортивно - оздоровительном лагере «Строитель» РТ.
Грунтовые условия второй площадки до глубины 6 м были представлены мелкими песками с прослойками супеси со следующими характеристиками: р = 1,95 г/смЗ; Е= 19,0МПа, ф = 29; с=2кПа, представленные на рис. 3.5.
Преобразование строительных свойств грунта по глубине осуществлялось с помощью армирующих элементов, изготовленных из мелкозернистого бетона. Армирующие элементы были изготовлены в предварительно пробуренных скважинах длиной 2000 мм, диаметром 50 мм. В качестве материала армирующих элементов был использован мелкозернистый бетон класса В10 из одного замеса. Раствор изготовлен на площадке полигона. Для контроля качества смеси были изготовлены образцы размерами 100x100x100 количеством Зшт.
Армирование элементов осуществлялось арматурой класса А-Ш 0 12 мм. Для определения деформаций часть армирующих элементов была тензометрирована. Для этого на арматурные стержни были наклеены тензометрические датчики. Напряжения и деформации грунта в различных точках армированного основания определялись датчиками давления.
Конструктивная схема армированного основания и инженерно-геологические условия строительной площадки на территории комплекса нефтеперерабатывающих заводов в г. Нижнекамск РТ
Наблюдение за осадками резервуара на армированном грунтовом основании проводилось на территории площадки строительства комплекса нефтеперерабатывающих заводов в г. Нижнекамск. Испытывался один из шести резервуаров парка хранилищ. Резервуар представляет собой цилиндрическое сооружение диаметром 28.5 м, высотой 18м и объемом 10000 м В качестве фундамента был использован кольцевой фундамент, выполненный в виде с монолитного железобетонного ленточного фундамента под стенки резервуара с подсыпкой песчаной подушкой. Конструкция кольцевого фундамента на армированном основании и схема расположения армирующих элементов приведена на рисунках 5.1. и 5.2.
Для преобразования свойств грунтов были использованы составные армирующие элементы заводского изготовления, сечением 0,3 х 0,3 м длинной 19,0 м погружаемые дизель молотами с шагом 2,50 м, при этом было использовано 177 составных армирующих элементов. Схема расположения армирующих элементов приведена на рисунке 5.2.
В геологическом строении площадки принимают участие элювиально-делювиальные четвертичные отложения (edQM), несогласно залегающие на элювиальных верхнепермских отложениях (eP2t и eP2kz), перекрытые с поверхности современными элювиальными (eQiv) и техногенными отложениями (tQiv). Грунты под кольцевым фундаментом резервуара имеют несогласное напластование; с поверхности грунта до глубины изучения 25м геологическое строение представлено на инженерно-геологическом разрезе, приведенном на рис. 5.3. Расчетные характеристики инженерно-геологических элементов представлены в табл. 5.1.
После преобразования свойств грунтового основания и возведения резервуара были проведены его гидравлические испытания, во время которых были установлены регулярные геодезические наблюдения за осадками резервуара по специальной программе. Для измерения деформаций основания резервуара на территории парка хранилищ был установлен один вековой (постоянный) и шесть временных реперов. В ходе геодезических наблюдений проводилась нивелировка металлических марок, которые закладывались в монолитный кольцевой фундамент по периметру кольца на расстоянии 5,5 м и обеспечивали однозначную установку инварной рейки. Согласно технологической карте проведения гидравлических испытаний резервуаров, емкости заполнялись водой ступенями 2,5 м; 6,0 м; 11,0 м; 15,0 м. После каждой ступени нагружения определялись высотные отметки марок и приращение деформаций. На основании полученных данных построены графики развития осадок во времени с учетом загрузки армированного основания.
