Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в нашей стране наблюдается экономический рост, способствующий оживлению социальной, промышленной, хозяйственной и других сфер и отраслей нашего общества. Положительная динамика имеет место и в строительстве, в том числе и в Поволжском регионе. Заметно увеличился объем возведения гражданских зданий на слабых грунтах, возрождается строительство специальных промышленных объектов.
Строительство на слабых грунтах стало возможным, в первую очередь, благодаря грамотно выбранным и правильно запроектированным фундаментам, значительную часть которых составили фундаменты на сваях, т.к. их использование в условиях слабых грунтов выгодно во многих отношениях. На сегодняшний день большой интерес представляют висячие сваи, как наиболее часто используемые при устройстве фундаментов.
Разработкой и совершенствованием конструктивных решений висячих свай занимались ведущие ученые нашей страны: А.А. Бартоломей, Б.В. Бахолдин, В.И. Берман, Я.Д. Гильман, B.C. Глухов, В.Н. Голубков, М.И. Горбунов-Посадов, А.Л. Готман, Н.З. Готман, Б.И. Далматов, В.К. Дмох.овский, Н.М. Дорош-кевич, П.А. Коновалов, Ф.К. Лапшин, А.А. Луга, Б.С. Одинг, Пшеничкин А.П., A.M. Рыбников, Ю.Г- Трофименков, З.Г. Тер-Мартиросян, Ю.М.'Ше-менков, СБ. Ухов, Г.Г. Шенайх, а также зарубежные ученые: Reese L.C., Mohan, D., Tomlinson, M.J., Whitaker Т., Jain G. и др.
На сегодняшний день расходы на возведение фундаментов в среднем составляют около 15% общей стоимости объекта, а в сложных грунтовых условиях достигают 25%. Затраты труда и времени на устройство подземных частей зданий и сооружений с применением традиционных конструкций фундаментов составляют 20...35% от суммарных затрат на весь комплекс строительных работ. Снизить эти показатели и повысить эффективность самих фундаментов позволяет инновационная разработка более прогрессивных и экономичных решений в виде полых свай.
В современном строительстве свайные фундаменты воспринимают большие сосредоточенные нагрузки, что требует использования свай повышенной несущей способности, которая достигается либо за счет улучшения физико-механических характеристик грунтового основания путем изменения его напряженно-деформированного состояния, либо за счет разработки новых конструктивных решений свай.
Все чаще строительные площадки оказываются окруженными ветхими застройками, на которые негативное влияние оказывают динамические воздействия, возникающие при забивке свай, что требует дополнительных мероприятий и средств на их уменьшение. Именно поэтому в последние годы возросло применение набивных свай, технология устройства которых позволяет
значительно снизить динамические колебания окружающего грунта.
Однако, несмотря на многочисленные работы в области расчета, проектирования и эксплуатации свайных фундаментов, целый ряд вопросов, связанных с увеличением удельной несущей способности, уменьшением материалоемкости и снижением динамических воздействий при их изготовлении, остается открытым. Таким образом, все отмеченное свидетельствует об актуальности данной работы.
Объектом исследований являются короткие набивные висячие сваи.
Предметом исследований являются новые конструкции набивных висячих свай с преднапряжением по грунту и оценка напряженно-деформированного состояния околосвайного грунта.
Настоящая работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории "Эксплуатационная надежность строительных материалов и конструкций" института техники, технологии и управления (г. Балаково) в период с 2001 по 2006гг. в соответствии с целевой комплексной программой Высшей школы "Разработка экспериментально-теоретических основ и принципов комплексного подхода к решению конструктивно-технологических задач в строительстве с учетом энергоэффективности зданий".
Целью диссертационной работы является повышение удельной несущей способности коротких набивных висячих свай за счет новых конструктивных решений и методов их возведения.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
выявить доминирующие факторы, влияющие на несущую способность коротких набивных висячих свай;
разработать принцип повышения удельной несущей способности набивных висячих свай, преднапряженных по грунту;
'— разработать новые конструкции набивных висячих свай и технологическую оснастку для устройства их в грунте;
- выполнить экспериментально-теоретическое обоснование эффективности
новых конструкций набивных свай;
- выполнить оптимизацию новых конструкций набивных свай;
- разработать инженерную методику расчета новых конструкций свай по
предельным состояниям;
- разработать практические рекомендации по конструированию, устройству и
области рационального применения новых конструкций набивных свай.
Методы исследований. Все задачи диссертационного исследования решались на основе практического применения методов математического планирования эксперимента, с использованием методов математического моделирования и оптимального проектирования, а также численных методов расчета. При исследовании работы реальных конструкций использовались полунатурные и модельные эксперименты, а также методы компьютерного моделирования эксперимента.
Степень достоверности результатов проведенных исследований обусловлена использованием в работе классических методов математического планирования эксперимента, основанных на многофакторном и дисперсионном анализе, многократных проверках достоверности полученных результатов на основе широкого использования критериев Кохрена, Стьюдента и Фишера. Кроме отмеченного, достоверность полученных результатов обеспечена также за счет сравнения результатов аналитических и численных расчетов новых свай по предельным состояниям с экспериментальными данными, полученными в работе.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
сформулирован новый принцип повышения удельной несущей способности набивных висячих свай за счет преднапряжения боковой поверхности сваи относительно окружающего грунта;
разработаны новые конструкции набивных висячих свай с высокой удельной несущей способностью, а также оснастка для устройства их в грунте;
впервые экспериментально-теоретически обоснована эффективность новых конструкций набивных свай;
выполнена оптимизация новых конструкций набивных свай;
разработана инженерная методика расчета новых свай по предельным состояниям I и II группы характеризуемая высокой сходимостью с экспериментальными данными;
разработаны практические рекомендации по конструированию, устройству и области рационального применения новых конструкций набивных свай.
Практическая ценность работы состоит в разработке новых конструкций коротких набивных висячих свай повышенной удельной несущей способности и способе их устройства в грунте с применением специальной технологической оснастки.
Реализация результатов работы выполнена на стадии вариантного проектирования при реконструкции гостиничного комплекса "Салют" в г. Балаково, а также в учебном процессе Балаковского института техники, технологии и управления при организации и проведении лабораторных работ и чтении лекций по курсу "Основания и фундаменты" студентам специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство".
На защиту выносятся:
-способ повышения удельной несущей способности набивных висячих свай;
- новые конструкции набивных висячих свай и технология изготовления их в
грунте; "
результаты экспериментально-теоретических исследований работы новых конструкций набивных свай;
инженерная методика расчета свай по предельным состояниям;
практические рекомендации по конструированию, устройству в грунте и области рационального применения новых конструкций набивных свай.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на XXXIII-XXXIV Уральских семинарах РАН "Механика и процессы управления" (Миасс, 2003-2004гг.), VIII Всероссийской научно-практической конференции "Современные технологии в машиностроении" (Пенза, 2004), IV электронной заочной конференции "Молодежь, студенчество и наука XXI века" (Ижевск, 2004), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Молодые исследователи - регионам" (Вологда, 2005), Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений" (Пенза, 2006) и на внутривузовских конференциях (Балаково, 2002-2005гг.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 12 публикациях, в состав которых входят 4 патента РФ.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, включающего 150 литературных источников и приложения. Работа изложена на 150 страницах основного текста, содержит 53 рисунка, 13 таблиц и 14 приложений на 44 страницах.
