Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Цифровые модели в геологии и геотехнике 12
1.1. Цифровые модели в инженерной геологии и геотехнике 12
1.2. Статическое зондирование грунтов 19
1.3. Цели и задачи исследования 26
Глава 2. Экспериментальные исследования и методика определения прочностных расчетных характеристик по данным зондирования 27
2.1. Некоторые теоретические предпосылки 27
2.2. Обзор выполненных ранее экспериментальных исследований 38
2.3. Экспериментальные исследования по обоснованию методики оценки расчетного давления по данным зондирования 41
2.3.1. Основные предпосылки метода определения расчетного давления по данным зондирования 41
2.3.2. Экспериментальное исследование работы зондов-штампов 45
2.3.3. Натурные эксперименты с использованием результатов испытаний грунтов штампами 57
2.3.4. Методика определения расчетного давления по данным статического зондирования 66
Глава 3. Экспериментальные исследования и методика определения деформационных характеристик 78
3.1. Теоретические предпосылки экспериментальных работ 78
3.2. Обзор ранее выполненных экспериментальных работ 82
3.3. Экспериментальные исследования по оценке модуля деформации 85
3.3.1. Экспериментальная проверка теоретических предпосылок 85
3.3.2. Экспериментальное обоснование расчетных формул 102
3.33. Сравнительная оценка экспериментальных зависимостей 107
3.4. Краткие выводы по результатам экспериментальных работ 116
Глава 4. Методика построения цифровых моделей грунтового основания по данным статического зондирования 118
4.1. Плоские цифровые модели 118
4.1.1. Место цифровых моделей в общей концепции методики инженерно- геологических изысканий для строительства 118
4.1.2 Методика построения плоских цифровых моделей на базе данных зондирования 123
4.1.3. Методика расчета грунтового основания с использованием плоских цифровых моделей 128
4.2. Объемные цифровые модели грунтового массива на базе данных зондирования 140
4.2.1. Техническая база построения объемных цифровых моделей 140
4.2.2. Теоретические предпосылки и методика построения объемной цифровой модели 146
Глава 5. Результаты натурных экспериментов на строительных площадках с практическим использованием предложенной методики 159
5.1. Натурные эксперименты с использованием плоской цифровой модели 159
5.1.1. Исследования при проектировании фундаментов производственного здания 159
5.1.2. Результаты применения метода для оценки осадки свайного фундамента 174
5.2. Натурные исследования по обоснованию методики построения объемных цифровых моделей грунтового основания 179
5.3. Некоторые направления применения предлагаемой методики для обследования карстоопасных площадок 192
5.3.1- Применение метода плоских цифровых моделей для оценки мульды проседания 192
5.3.2. Использование объемных цифровых моделей для оценки мульды проседания 201
5.4. Технико-экономический потенциал работы 204
Общие выводы 206
Список литературы
- Статическое зондирование грунтов
- Основные предпосылки метода определения расчетного давления по данным зондирования
- Экспериментальные исследования по оценке модуля деформации
- Место цифровых моделей в общей концепции методики инженерно- геологических изысканий для строительства
Введение к работе
В общем объеме капитального строительства на долю фундаментов приходится до 10% общего расхода материалов по стоимости, а в сложных инженерно-геологических условиях эта доля может достигать 20-25%.
Важное место в проектировании фундаментов занимают инженерно-геологические изыскания и расчет грунтового основания, от стоимости и продолжительности которых зависят технико-экономические показатели конструкции фундаментов,принятой для строительства.
Существующая практика проектирования фундаментов предполагает расчет грунтового основания по данным бурения и получения информации о грунтовом массиве в виде «образцов-представителей», которые проходят лабораторную обработку. Результаты представляются в виде разрезов массива, отражающих качественный характер напластований грунтов. Для расчетов грунтового основания фундаментов выдаются результаты статистической обработки результатов испытаний образцов в виде обобщенных данных по отдельным выделенным инженерно-геологическим элементам грунтового массива. При такой методике значительны сроки получения информации для расчетов, а также мало возможности проектировщикам более полно проследить неравномерность массива под проектируемым зданием, так как большая стоимость и трудоемкость бурения скважин и обработки образцов ограничивает сетку скважин на площадке и объем информации о грунтовом массиве. Имеются данные, что среднее расстояние между скважинами в Европейской части страны при инженерно-геологических изысканиях для промышленного и гражданского строительства оценивается величиной 32 м.
Развитие технологии статического зондирования грунтов к настоящему времени позволяет считать, что информация по одной скважине при статическом зондировании получается в значительно более короткие сроки по сравнению с методом бурения разведочных скважин. Практика использования, например, зондирующей установки С-8 32 на базе автомобиля позволяет получить информацию по площадке в 8-Ю раз быстрее традиционного метода бурения при большем числе точек зондирования.
Успешное применение статического зондирования для проектирования свайных фундаментов, в результате которого значительно сократились сроки и стоимость проектирования, поставило проблему разработки методов проведения изысканий для фундаментов на естественном основании и компьютерной технологии их проектирования на базе данных зондирования.
Целью диссертационной работы явилось решение научно-технической проблемы создания метода проектирования фунтового основания по цифровым моделям на базе данных статического зондирования, обеспечивающего:
- значительное снижение объемов бурения и лабораторной обработки образцов грунта на площадках проектируемых зданий за счет использования статического зондирования;
- получение на базе данных зондирования более полной информации о грунтовом массиве с меньшими затратами для построения цифровых моделей и дальнейшего автоматизированного проектирования фундаментов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
1. Разработать метод и предложить для проектирования расчетные зависимости для оценки расчетного давления на грунт по данным статического зондирования. 2. На базе экспериментальных исследований разработать и предложить методику и расчетные зависимости для определения модуля деформации по данным зондирования.
3. Разработать методику построения цифровых моделей разрезов массивов грунта со значениями расчетных характеристик по данным статического зондирования.
4. Провести проверку методики построения цифровых моделей и расчетов грунтового основания на их основе на реальных строительных площадках.
5. Исследовать возможность использования статического зондирования для предпроектнои оценки площадок зданий на карстоопасных площадках.
Методы и достоверность исследований. Результаты, основные выводы и рекомендации, приведенные в диссертационной работе, базируются на основных положениях механики грунтов и подтверждены результатами крупных натурных экспериментов непосредственно на строительных площадках. Кроме того, проведено большое количество экспериментов в условиях полигона и лабораторных условиях, результаты которых легли в основу предлагаемых расчетных формул. При проведении экспериментальных исследований использовались современная электронная аппаратура, тензометрические приборы и оборудование для статического зондирования, а результаты обрабатывались с применением ЭВМ. Получена приемлемая сходимость между результатами расчетов по предлагаемым формулам и данными натурных испытаний фундаментов, расхождения не превышают 15%.
Методики экспериментальных исследований соответствуют действующим нормам, анализ полученных результатов проводился с использованием современных статистических методов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в ней впервые разработано новое направление в методике проектирования грунтового основания фундаментов по цифровым моделям, полученным по данным статического зондирования, включающее:
- проектирование грунтового основания столбчатых и ленточных фундаментов • по плоским цифровым моделям разрезов площадок с применением ЭВМ;
- проектирование грунтового основания фундаментов большой площади по объемным цифровым моделям массива;
методику применения объемных цифровых моделей для пред проектной оценки грунтового массива карстоопасных площадок;
методику определения расчетных характеристик грунтового основания по данным статического зондирования.
Практическое значение работы. Диссертационная работа выполнялась в рамках выполнения целевой программы «Наука» Минпромстроя СССР на 1985-90 гг., раздел 8.27.4: «Подготовить комплект программ для ЭВМ по обработке данных скоростных изысканий и использования их при проектировании», а также «Программы научно-технического обеспечения строительного комплекса Республики Башкортостан на 1996-2000 гг.»
Разработаны «Рекомендации по расчету оснований фундаментов мелкого заложения по данным статического зондирования», выпущенные институтом НИИПромстрой. Разработано также программное обеспечение для расчетов грунтового основания по цифровым моделям на базе данных статического зондирования.
Использование разработанных предложений при проектировании фундаментов нескольких производственных зданий позволило существенно снизить объем инженерно-геологических изысканий, получить экономию бетона фундаментов и главное - значительно сократить сроки изысканий и проектирования фундаментов.
Личный вклад в решение проблемы. Представленная на защиту работа базируется на результатах многолетних исследований при научном руководстве автора и проводилась в порядке выполнения научно-технических программ МинПромстроя СССР и Госстроя Республики Башкортостан.
Автором лично осуществлены: постановка проблемы, формулирование цели и задач, поиск их решения путем проведения теоретических и экспериментальных исследований, анализ полученных результатов и разработка практических рекомендаций, а также контроль за опытным внедрением. Автор принимал непосредственное участие в экспериментальных работах, проводимых в лабораториях, на полигонах и строительных площадках.
Работа выполнялась в «Лаборатории механики грунтов» института БашНИИстрой (НИИПромстрой) и Уфимском государственном нефтяном техническом университете.
Автор выражает личную глубокую признательность сотрудникам института БашНИИстрой и кафедре «Строительные конструкции» за помощь и поддержку при выполнении работы.
Автор благодарит научного консультанта доктора технических наук, Рыжкова И. Б, и доктора технических наук, профессора Незамутдинова Ш. Р. за ценные советы и помощь при разработке программного обеспечения.
На защиту выносятся:
1. Метод проектирования грунтовых оснований по цифровым моделям на базе статического зондирования;
2. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия зонда с грунтом при малых скоростях нагружения для обоснования методов получения прочностных и деформационных характеристик грунта, необходимых для расчета грунтового основания фундаментов.
3. Методика и расчетные зависимости для оценки прочностных и деформационных характеристик, необходимых для расчета основания по данным зондирования.
4. Методика построения плоских цифровых моделей и расчета по ним грунтового основания фундаментов.
5. Методика построения объемных цифровых моделей грунтового массива и предложения по ее использованию при расчете фундаментов больших площадей.
6. Результаты проверки предлагаемых методов построения цифровых моделей и расчета по ним фундаментов на строительных площадках.
7 Предложения по возможности использования разработанных методик построения цифровых моделей для оценки карстоопасных площадок при проектировании фундаментов.
8. Основные выводы экспериментальных и теоретических исследований и рекомендаций по применению предложенных методов в практике проектирования фундаментов.
Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены на XI и XII научно-технических конференциях института НИИПромстрой (Уфа, 1984-1985 гг.), II Всесоюзном совещании-семинаре «Механизированная безотходная технология возведения фундаментов» (Владивосток, 1988 г.), Всесоюзном семинаре «Системы автоматизированного проектирования оснований и фундаментов» (Челябинск, 1988 г.), VI Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения (Уфа, 1998 г.), Международной конференции «Усиление оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений» (Пенза, 2000 г.), Международной научно-технической конференции «Современные проблемы фундаментостроения» (Волгоград, 2001 г.), X конгрессе International Council for Building Research (Чикаго, 1986 г.)
Отдельные результаты работы использованы в учебном процессе при подготовке инженеров-строителей в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.
Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в печатных работах. Основные результаты включены в «Рекомендации по расчету оснований фундаментов мелкого заложения по данным статического зондирования», Уфа, 1985. НИИПромстрой.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 263 страницы машинописного текста, включая 32 таблицы, 109 рисунков, список литературы из 202 наименования и 7 приложений.
Статическое зондирование грунтов
Статическое зондирование грунтов как метод оценки физико-механических свойств грунтов применяется в практике фундаментостроения более 70 лет. Впервые установка статического зондирования была разработана в Швеции в 20-х годах и предназначалась для оценки консистенции глинистых грунтов [127]. Благодаря эффективности и экономичности этот метод стал получать все более широкое применение. Особо широкое применение метод получил в Голландии начиная с 30-х годов. Основным рабочим органом стал использоваться конус с диаметром основания 3,6 см с углом при вершине 60 [173, 168].
Благодаря возможности быстрого и экономичного исследования напластований грунтов, метод статического зондирования получил широкое применение в странах Европы, в Австралии, Японии, США [181]. На первом этапе использовались установки, в которых производилось вдавливание в грунт конуса на штангах, которые свободно перемещались в трубе, погружаемой одновременно с конусом. Вдавливание производится домкратом, при этом измеряется сопротивление погружению конуса и общее усилие, необходимое для погружения конуса и трубы.
В 60-х годах появились зондирующие установки с тензометрическими зондами и автоматической записью усилий сопротивления фунта. Были разработаны зонды с муфтами трения, в результате чего появились возможности измерять сопротивление грунта трению на участке боковой поверхности зонда [170].
В нашей стране статическое зондирование начинает применятся с начала 60-х годов. Это было обусловлено возрастающими темпами строительства промышленных комплексов и объемов жилищного строительства и возрастанием в связи с этим объемов инженерно-геологических изысканий. Появилась также необходимость при широком внедрении свайных фундаментов иметь надежный и экономичный метод определения несущей способности свай.
Основными разработчиками отечественных установок для статического зондирования грунта были ВСЕГИНГЕО, ГПИ Фундамент-проект, НИИПромстрой, НИИОСП.
В институте ВСЕГИНГЕО разработана комбинированная пенетра-ционно-каротажная установка для статического зондирования и радиоактивного каротажа. Максимальная глубина зондирования 25 м при усилии вдавливания 118 кн [8, 148, 7].
Институтом Фундаментпроект разработана передвижная установка для статического зондирования С-979, выпускавшаяся серийно Московским заводом строительных машин, была также разработана зондирующая на базе трактора Т-16Н, которая выпускалась Орским заводом строительных машин. Наряду с серийно изготавливаемыми установками институт Фундамент-проект использовал установку УЗК-7, смонтированную на шасси автомобиля ЗИЛ-131 повышенной проходимости. Использование этих установок на строительных площадках позволило институту Фундаментпроект накопить значительный опыт проектирования свайных фундаментов по данным статического зондирования [140, 134, 139, 138].
Институт НИИПромстрой разработал зондирующую установку С-832 на базе автомобиля и после испытаний передал на изготовление Московскому заводу строительных машин установку С-832М, которая позднее выпускалась также Омским экспериментально-механическим заводом. Установка (рис.2) для восприятия реактивной нагрузки вдавливания имеет винтовые анкерные устройства. Гидравлический цилиндр вдавливания зонда установлен на стреле, поднимающейся из транспортного положения в рабочее гидравлическим устройством. Максимальная глубина зондирования 21м, при усилии вдавливания 136 кн.
Зонд - те изометрический, измеряет сопротивление грунта погружению конуса и сопротивление по боковой поверхности с помощью муфты трения, (рис. 3). Величины сопротивления грунта конусу и по боковой поверхности муфты фиксируются в виде графиков самописцами. Эти установки нашли широкое применение в практике проведения инженерно-строительных изысканий и проектирования фундаментов [66, 146, 109, 108, 67].
Институт НИИОСП разработал комплект аппаратуры для статического зондирования грунта ПИКА-9 [80, 72]. В дальнейшем были разработаны также установки ПИКА-10 и ПИКА-11. Институтом проведен комплекс исследовательских работ по совершенствованию методов зондирования, по повышению точности измерений характеристик грунтов для расчета фундаментов [135, 80, 136, 137].
По результатам первого этапа применения в практике строительства статического зондирования [195] был разработан и утвержден ряд нормативных документов в области изысканий [116, 83, 48] и проектирования фундаментов [117].
Зарубежный опыт строительства показывает, что за последние 15 лет метод статического зондирования получил значительное развитие [141], Для зарубежной практики характерен широкий диапазон параметров зондирующих установок, выпускаемых многими фирмами.
Условно их можно разделить на следующие классы: - легкие зондирующие установки с анкеровкой винтовыми анкерами массой до 100-150 кг и усилием вдавливания 50 кн; - более мощные установки, смонтированные на прицепах, массой до 20т, с усилием вдавливания до 200 кн; - самоходные установки, монтируемые на автомобилях и тракторах, при этом в большинстве случаев зондирующие трубы проходят в центре тяжести машины;
Основные предпосылки метода определения расчетного давления по данным зондирования
На площадке проведено также предварительное зондирование грунта по регулярной сетке. На основании полученных данных зондирования построены модели разрезов с изолиниями сопротивления грунта под наконечником зонда q$. На рис. 20 представлена модель разреза по линии
Методика выполнения работы по испытанию зондов-штампов была следующей. На опытной площадке было выполнено 8 погружений зондов на глубину 1,0 2,0 м со случайным размещением точек. При каждом погружении записывалось сопротивление погружению зонда и на заданной глубине производилась стабилизация зонда, и записывались значения сопротивления при равновесном зонде. Далее зонд с помощью специального гидроцилиндра нагружался статической нагрузкой по схеме, предусмотренной ГОСТ 12374-77 / Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками / (рис. 21). При испытании зонда-штампа регистрировались сопротивление грунта наконечнику зонда, по боковой поверхности и перемещение зонда-штампа.
На рис. 22 представлены графики статического испытания зонда-штампа №5. На рис. 22а приведен график S = f(p) для торца зонда-штампа, который показывает, что наконечник работает, как плоский штамп малого диаметра, выявлена упругая область, переходная область и область значительных пластических деформаций. За предельное давление принято давление при осадке S = % d3. На этом же графике показаны величины сопротивлений при зондировании с установившейся скоростью qs и при равновесном зонде q$ . Из графика видно: значение сопротивления при равновесном зонде qs близко к значению предела пропорциональности.
График испытаний, приведенный на рис. 22 показывает, что сопротивление по боковой поверхности rs полностью реализуется при весьма малых перемещениях зонда 0,2-0,3 мм, после чего происходит «срыв» зонда-штампа и при дальнейшем перемещении сопротивление уменьшается.
На рис. 23 представлен график зависимости между сопротивлением под наконечником зонда q$ при равновесном зонде и величиной начального критического давления / „,«. На рис. 24 приведен график зависимости при зондировании со стандартной скоростью.
Представленные результаты позволяют сделать вывод о том, что имеется довольно тесная связь между этими величинами, например, при использовании данных зондирования равновесным зондом коэффициент корреляции г = 0,88 [14].
Представленные на рис. 25 и на рис. 26 графики зависимости между величинами сопротивления зондированию и предельным давлением показывают менее тесную корреляционную связь.
Полученные результаты дали основание ожидать тесную связь между начальным критическим давлением по испытаниям грунта стандартными штампами и статическим зондированием.
На основании результатов испытаний зондов-штампов была поставлена задача путем проведения параллельных испытаний штампами и зондирования грунта выявить зависимость между Рнк и qs для пылевато-глинистых грунтов.
Для проведения натурных экспериментов выбирались площадки с различными грунтовыми условиями, с залеганием пылевато-глинистых грунтов от текучепластичной до твердой консистенции. На площадках, в непосредственной близости от штампа, проводилось статическое зондирование грунта, а также определялись физико-механические характеристики грунта традиционными методами.
Всего для обработки материалов натурных испытаний взято 53 площадки. Данные о площадках испытаний, грунтах, слагающих эти площадки, а также характеристики штампов приведены в Приложении 1. Данные о физико-механических характеристиках грунтов, результаты зондирования и данные испытания штампов приведены в Приложении 2.
В качестве примера обработки данных испытаний штампа на рис. 27 приведены результаты испытаний штампа в виде графика S = f(t) на площадке новой базы НИИПромстроЙ с залеганием пылевато-глинистых грунтов с индексом текучести JL 0,7. На рис. 28 приведены графики испытаний «осадка-нагрузка» двух штампов площадью Л = 5000 см .
На рис. 29 приведены результаты испытаний штампами на площадке полигона НИИПромстроЙ, сложенной тугопластичными пылевато-гл инистыми грунтами.
Результаты испытаний штампов и зондирования на всех опытных площадках позволили получить экспериментальную зависимость между величинами начального критического давления Рн_к и сопротивлением грунта под наконечником зонда qs . Эта зависимость представлена в виде графика на рис. 30.
Статистическая обработка полученных данных дает основание считать, что исследуемая зависимость может быть представлена уравнением степенного вида у = ах\ (24)
Были вычислены коэффициенты корреляционного уравнения [137]. Корреляционное уравнение связи между начальным критическим давлением на грунт и сопротивлением грунта под наконечником зонда имеет вид Л,„ = 0,14qi 49. (25)
Для оценки тесноты полученной связи была вычислена величина корреляционного отношения [144], которая оказалась С, = 0,87, что указывает на тесную связь.
Проведена обработка данных параллельных испытаний грунта штампом и зондирования равновесным зондом. График зависимости РНшК, от qs приведен на рис. 31. В результате статистической обработки получено корреляционное уравнение P.., = 0,18qf4a . (26) Величина корреляционного отношения составила = 0,89.
Следует отметить, что, несмотря на несколько большую величину корреляционного отношения при равновесном зонде, для определения Ри,к, рекомендована зависимость (25), так как зондирование равновесным зондом приводит к снижению производительности зондирующей установки. Поэтому зондирование равновесным зондом должно оговариваться для конкретных особых условий.
Экспериментальные исследования по оценке модуля деформации
В действовавшем с 1973 г. нормативном документе СН-448-72 [116] рекомендована для определения модуля деформации глинистых грунтов формула E=7q3. (54)
Имеются работы, в которых сопротивление грунта под наконечником зонда рассматривается как величина, зависящая одновременно от прочностных и деформационных характеристик [64, 109]. В работе И. Б. Рыжкова [157] показано, что при таком подходе находят объяснения многие эмпирические зависимости для определения модуля деформации по данным зондирования.
Для практического проектирования фундаментов мелкого заложения прежде всего следовало получить достаточно точные формулы, оценивающие величину модуля деформации по данным зондирования в условиях мягкопластичных пылевато-глинистых фунтов, при которых расчет осадок является основным.
Поэтому при проведении экспериментальных работ ставилась задача получить по данным натурных испытаний эмпирические зависимости с использованием теоретических предпосылок и прямой корреляции. На втором этапе полученные зависимости должны оцениваться с точки зрения их точности и выбираться наиболее надежные.
Экспериментальные работы проводились на полигоне БашНИИстрой. Физико-механические характеристики грунтов приведены в таблице 1 и на разрезе площадки (рис. 20). На этой площадке были проведены испытания круглых штампов площадью Л=\0 см2 на глубине 0,8 и 1,5 м. В грунт погружались зонды и испытывались как штампы. Погружались также зонды в обсадной трубе с последующим испытанием наконечников как штампов. План опытной площадки показан на рис. 42.
Осредненные результаты испытаний зондов-штампов, зондов в трубе и малых штампов приведены на рис. 43. Графики статических испытаний показывают, что при одном и том же давлении осадка зонда-штампа меньше осадки зонда, испытанного в обсадной трубе, и значительно меньше осадки малого круглого штампа.
Полученные результаты позволяют говорить, что модуль деформации грунта, определенный по испытаниям зондов-штампов значительно больше модуля, определенного по испытанию малого штампа. Это происходит по причине того, что при погружении зонда до заданной отметки, с которой он начал испытываться как штамп, под острием зонда возникло напряженное состояние, которое привело к образованию уплотненного грунтового ядра. Трение, возникающее по боковой поверхности зонда, создало дополнительный пригруз на грунт, лежащий ниже острия (рис. 44), что в свою очередь увеличивает уплотнение грунта под острием.
По результатам испытаний оценивались и сравнивались величины модуля деформации для зондов-штампов и малых штампов равной площади. Результаты определения модулей деформации приведены в таблице 7. Данные таблицы показывают, что величина модуля деформации, определенная при испытании зонда-штампа, погруженного в грунт, значительно больше величины модуля, определенного испытанием штампа на открытой поверхности.
Испытания зондов-штампов и. малых штампов показывают, что отношение величины модулей деформации находится в пределах от 3 до 5. Это значит, что в случае определения модуля деформации по данным зондирования мы имеем дело не с грунтом, находящимся в естественном состоянии, а с грунтом, находящимся в уплотненном состоянии, деформационная характеристика которого значительно отличается от характеристики грунта в естественном состоянии, при котором будет работать фундамент мелкого заложения. Это обстоятельство значительно усложняет применение теоретической зависимости для определения величины модуля деформации по данным статического зондирования. По данным проведенных испытаний величина коэффициента р2 в формуле (40а) будет р2=(3+5,5).
На следующем этапе оценивалась величина коэффициента /?з, учитывающего влияние формы острия зонда и масштабный фактор.
Так как теоретическое решение задачи определения модуля деформации получено для зонда с полусферическим наконечником, представляет интерес сравнение результатов зондирования реальных глинистых грунтов зондами с шаровым и коническим наконечником. Методика оценки модуля деформации грунта традиционным способом использует плоские штампы, поэтому представляют также интерес данные сравнения результатов: зондирования стандартным зондом и зондом с плоским торцом (угол при вершине 180 ).
Для оценки результатов была принята рабочая гипотеза, что при зондировании зондами с различной формой наконечника распределение значений сопротивления подчиняется нормальному закону. Значение разностей значений Aq=q$-q при стандартном зонде и зонде другой формы также подчиняется закону нормального распределения. При такой предпосылке, если кривые распределения не имеют смещения и симметричны относительно нулевого значения, можно утверждать, что разница в показаниях не обнаружена. В случае имеющегося смещения кривой распределения имеется разница в показаниях.
На площадке полигона БашНИИстрой, характеризующейся залеганием пылевато-глинистых грунтов тугопластичной и мягкопластичной консистенции, проведено попарное зондирование стандартным зондом с углом конуса 60 и зондом с полусферическим (шаровым) наконечником в режим работы «равновесного зонда». Данные результатов зондирования приведены в таблице 8. На рис. 45 представлена кривая распределения разностей. Из рисунка видно, что распределение не имеет смещения, и, следовательно, можно считать, что в данном случае форма наконечника практически не влияет на результаты измерения сопротивления грунта под наконечником зонда.
Место цифровых моделей в общей концепции методики инженерно- геологических изысканий для строительства
Основным методом оценки экспериментальных зависимостей был принят метод сравнения разностей между величинами модуля деформации, полученными испытаниями штампом и вычисленными расчетом по сравниваемым эмпирическим формулам. Оценка производилась путем статистической обработки величин разностей А=ЕШ-ЕР для каждой зависимости и построения выравнивающих кривых распределения разностей с последующим сравнением отклонений.
В таблице 10 приведены исходные данные по результатам испытаний грунта равновесным зондом и в таблице 11 зондом, двигающимся со стандартной скоростью.
В таблице 12 в качестве примера приведена схема статистических вычислений при оценке зависимости (62).
Графики кривых распределения и данные таблицы 13 и таблицы 14 дают основание выбрать для использования при практических расчетах формулу, удовлетворяющую двум требованиям: наименьшие отклонения и простота с точки зрения размерности. Этим требованиям удовлетворяют формулы (58) и (59). Таким образом,рекомендуются зависимости: равновесный зонд Е = 5,15 + 6,37gs , стандартное зондирование Е = 4,85 + 3,98qs . На рис. 59 представлен график рассеивания при использовании формулы (58) и на рис. 60 формулы (59). Сводный график рассеивания при расчетах по данным стандартного зондирования представлен на рис. 61.
Проведенные на опытной площадке полигона НИИПромстрой на первом этапе исследования работы в грунте зондов-штампов под статической нагрузкой, показали тесную связь величин сопротивления грунта под наконечником зонда при зондировании и начального критического давления при испытании зонда как штампа. Испытания также показали, что форма наконечника мало влияет на результаты определения модуля деформации. Основным фактором, влияющим на различие величин модулей деформации, определенных штампом и зондом, является уплотнение грунта под наконечником при погружении. Разница в величинах составляет 3.. .5 раз.
Теоретические предпосылки и результаты опытных работ на полигоне легли в основу методики проведения натурных полевых экспериментов с использованием штампов и зондирования. Установлена тесная корреляционная связь между величиной начального критического давления на грунт и сопротивлением грунта под наконечником зонда. Полученные результаты позволили с использованием расчетной формулы СниП предложить формулы для определения расчетного давления на грунт под подошвой фундамента на естественном основании. Расчетное сопротивление грунта основания по данным зондирования на глубине заложения определяется: при qs 2,0 МЛа #s = 1,05 ус1 ус2 (0,Uqs + 0,05), и при сопротивлении наконечнику q$ 2,0 МПа Rs = Уа Ус2 (0,02qs + Кв + 0,24). Рассмотренные теоретические предпосылки и результаты испытаний штампов на полигоне НИИПромстрой позволили обосновать методику проведения исследований в полевых условиях и обработки результатов.
Проведенные парные испытания грунтов штампами и статическим зондированием позволили получить данные о наличии корреляционной зависимости между величинами модуля, определенными испытаниями штампов, и данными зондирования. Статистический анализ данных, полученных в результате испытаний, дал основание предложить для практических расчетов формулу для определения модуля деформации E = 4,9+4qs.
Для мягкопластичных пылевато-глинистых грунтов дополнительно рекомендуется формула, использующая данные зондирования равновесным зондом E = 5,2 + 6,4qs.
Таким образом, имеется возможность при расчете грунтового основания использовать данные статического зондирования для получения двух основных характеристик: расчетного давления на грунт и модуля деформации грунта.
