Введение к работе
Актуальность работы. При проектировании зданий и сооружений на закарстованных территориях конструктивная защита зданий против карстовых деформаций преимущественно выполняется в фундаментной части, рассчитываемой при условии образования карстового провала. Фундаменты, обеспечивающие конструктивную защиту зданий против карстовых деформаций, получили название «карстозащитные фундаменты». Наиболее распространенным типом карстозащитного фундамента является свайный ленточный фундамент.
Расчет свайного ленточного фундамента при образовании карстового провала, как правило, выполняют путем математического моделирования фундамента на неравномерно деформируемом основании. Моделирование процессов совместного деформирования основания и фундамента базируется на допущениях при выборе модели основания, при этом используемые исходные данные о прочностных и деформационных характеристиках грунтов основания являются приближенными. Поэтому целесообразно не усложнять расчетную модель, а, напротив, применять упрощенные модели. Такой упрощенной расчетной моделью основания свайного ленточного фундамента при условии образования карстового провала является модель переменного коэффициента постели, характеристики которой определяются в соответствии с изменением напряженно-деформированного состояния (НДС) основания при образовании карстовых деформаций.
На основании ранее выполненных исследований установлено, что условия работы свай у границ провала отличны от условий работы свай в свайном фундаменте (когда карстовый провал не образуется), что влияет на величину переменного коэффициента постели основания. Изменение условий работы свай у границ провала определяется не только изменением напряженно-деформированного состояния основания свай, но и перераспределением нагрузок на сваи вокруг провала, что в большей степени определяется жесткостью надфундаментных конструкций. Однако в действующих нормах проектирования эти особенности работы свай не учитываются, что приводит к материало-емким и дорогостоящим карстозащитным фундаментам. Поэтому исследования условий работы свай свайного ленточного фундамента при образовании карстового провала, направленные на совершенствование методов расчета и проектирования карстозащитных фундаментов, актуальны и своевременны.
Объект исследований - карстозащитный свайный ленточный фундамент, проектируемый на закарстованной территории.
Предмет исследования - взаимодействие основания и свайного ленточного фундамента при образовании карстового провала.
Цель работы - разработка методики расчета и проектирования карстозащитного свайного ленточного фундамента, учитывающей изменение условий работы свай вокруг карстового провала.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
проведение численных исследований напряженно-деформированного состояния взаимодействия «свайный ленточный фундамент - основание» и получение закономерностей изменения условий работы свай вокруг карстового провала;
проведение численных исследований напряженно-деформированного состояния взаимодействия «ленточный свайный фундамент - здание» и получение закономерностей распределения нагрузок на сваи при образовании карстового провала;
анализ закономерностей изменения условий работы свай вокруг карстового провала и разработка аналитического решения для определения коэффициента жесткости свай;
сопоставление расчетных коэффициентов жесткости свай вокруг карстового провала с данными натурного эксперимента;
разработка методики по расчету и проектированию карстозащитных свайных ленточных фундаментов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
получены новые закономерности изменения графиков «нагрузка -осадка» свай вокруг карстового провала в зависимости от размеров провала, шага свай, расстояния свай от провала и грунтовых условий;
получены новые закономерности распределения нагрузок на сваи свайного ленточного фундамента при образовании карстового провала;
разработана методика определения коэффициента жесткости свай, учитывающая изменение условий работы свай вокруг карстового провала;
разработана методика расчета и проектирования карстозащитного свайного ленточного фундамента здания, учитывающая изменение условий работы свай вокруг карстового провала и разную жесткость надфундаментных конструкций.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется применением основных положений классической механики грунтов, проведением расчетов с использованием сертифицированных расчетных программ, достаточной для практических расчетов сходимостью результатов экспериментальных, численных и аналитических исследований свайных фундаментов.
Практическое значение работы и ее использование
Практическое значение работы состоит в том, что разработанная методика расчета карстозащитного свайного ленточного фундамента позволяет снизить материалоемкость и стоимость фундаментов при обеспечении необходимой надежности проектных решений.
Результаты исследований использованы при разработке проекта карстозащитного свайного ленточного фундамента магазина «СДЕЛАЙ САМ» («Leroy Merlin»), расположенного в Кировском районе г. Уфы. Экономический эффект при этом составил 2166.352 тысяч рублей.
З За решение геотехнических проблем при проектировании здания «Конгресс-Холла» в г. Уфе, связанных с высокой карстовой опасностью на площадке строительства, автор работы решением Президиума РОМГГиФ от 1 апреля 2009 г. был награжден дипломом имени Ухова С. Б. (диплом № СБУ-004/5).
Личный вклад автора состоит:
в выполнении анализа результатов натурных исследований, проведении численных исследований, обобщении и оценке полученных результатов;
в разработке методики расчета и проектирования карстозащитного свайного ленточного фундамента, учитывающей изменение условий работы свай вокруг карстового провала;
в практическом использовании методики расчета при проектировании карстозащитного свайного ленточного фундамента.
На защиту выносятся:
метод расчета коэффициента жесткости свай, учитывающий изменение условий работы свай вокруг карстового провала;
методика расчета и проектирования карстозащитного свайного ленточного фундамента на закарстованных территориях, учитывающая изменение условий работы свай вокруг карстового провала и разную жесткость надфунда-ментных конструкций.
- результаты практического использования диссертационной работы.
Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной
работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, 2002, 2003, 2004, 2005); Международной научно-практической конференции по проблемам механики грунтов, фундаменто-строению и транспортному строительству (Пермь, 2004); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений» (Пенза, 2004); Международной конференции по геотехнике «Взаимодействие сооружений и оснований: методы расчета и инженерная практика» (Санкт-Петербург, 2005); Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию БашНИИстроя «Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях» (Уфа, 2006); Международной конференции по геотехнике «Развитие городов и геотехническое строительство» (Санкт-Петербург, 2008); 66-й Международной конференции СПбГАСУ «Актуальные научно-технические проблемы современной геотехники» (Санкт-Петербург, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 статей, две статьи без соавторов, одна статья в журнале, входящем в перечень изданий ВАК Минобразования и науки РФ для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав,
общих выводов, списка использованных источников и приложения. Диссертационная работа изложена на 149 страницах машинописного текста, включающего 54 рисунка, 11 таблиц, список использованных источников из 128 наименований.
Автор выражает искреннюю признательность коллективу отдела оснований и фундаментов ГУП института «БашНИИстрой» за оказанную помощь в работе над диссертацией.
