Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные разработки и исследования в области проектирования регулируемых фундаментов 11
1.1 Методы защиты зданий от неравномерных деформаций основания и способы устранения сверхнормативных неравномерных деформаций 11
1.2 Виды конструктивных решений регулируемых фундаментов 20
1.3 Данные теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния основания регулируемых фундаментов 30
1.4 Выводы по главе 37
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента 39
2.1 Основные положения и постановка задач исследования 39
2.2 Методика экспериментального моделирования 39
2.2.1 Испытательная установка, аппаратура и программное обеспечение для проведения экспериментальных исследований. 39
2.2.2 Теоретические основы эксперимента 44
2.2.3 Модель регулируемого фундамента 48
2.2.4 Программа экспериментальных исследований. 53
2.2.5 Определение предельного давления на основание. 69
2.3 Исследование изменения НДС основания регулируемого фундамента на моделях с учетом технологических стадий выравнивания 72
2.4 Исследование НДС основания регулируемого фундамента на моделях с различными жесткостными параметрами 80
2.5 Выводы по главе 92
ГЛАВА 3. Теоретические исследования напряженно-3 деформированного состояния основания регулируемого фундамента 94
3.1 Принципы работы оснований регулируемых фундаментов при подъеме и выравнивании зданий и сооружений. 94
3.2 Существующие методики расчета регулируемых фундаментов и их оснований 104
3.3 Анализ результатов инженерных расчетов основания регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании 110
3.3.1 Расчет регулируемого фундамента по методике И.А. Симвулиди .111
3.3.2 Расчет регулируемого фундамента по методике М.И. Горбунова-Поссадова 114
3.4 Численный анализ влияния параметров регулируемого фундамента на изменение НДС основания 122
3.5 Сравнение результатов расчетов по различным методикам с данными экспериментального моделирования 125
3.6 Практические рекомендации по проектированию и расчету регулируемых фундаментов с учетом их взаимодействия с грунтовыми основаниями 131
3.7 Выводы по главе 134
ГЛАВА 4. Новые технологические и конструктивные решения регулируемых фундаментов с учетом их взаимодействия с основаниями 136
4.1 Анализ влияния параметров регулируемого фундамента на технологию подъема и выравнивания зданий 136
4.2 Подъем и выравнивание зданий с регулируемыми фундаментами переменной жесткости 137
4.2.1 Конструктивные решения регулируемых фундаментов переменной жесткости 139
4 4.2.2 Технологическая карта на устройство регулируемого фундамента переменной жесткости 141
4.3 Методика оценки напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента 162
4.4 Выводы по главе 165
ГЛАВА 5. Внедрение результатов работы 166
5.1 Основные авторские разработки по тематике исследования 166
5.2 Подъем и выравнивание 14-ти этажного жилого дома в г.Нальчике по ул. Гагарина 167
5.3 Подъем и выравнивание 9-ти этажного жилого дома в г.Ростове-на-Дону по ул. Темерницкой 170
5.4 Подъем и выравнивание 5-ти этажного жилого дома в г.Ростове-на-Дону по ул. 1-я Баррикадная 171
5.5 Выводы по главе 174
Общие выводы 175
Список литературы 178
Нормативные документы 178
- Данные теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния основания регулируемых фундаментов
- Исследование изменения НДС основания регулируемого фундамента на моделях с учетом технологических стадий выравнивания
- Численный анализ влияния параметров регулируемого фундамента на изменение НДС основания
- Конструктивные решения регулируемых фундаментов переменной жесткости
Введение к работе
Актуальность. Урбанизация территорий, развитие городской инфраструктуры является мощным фактором антропогенного воздействия на все компоненты окружающей среды включая гидрогеологические условия, поскольку строительство и эксплуатация любых сооружений всегда вызывает те или иные отклонения от состояния природного экологического равновесия. При этом нарушение сложившейся геоэкологической обстановки неизбежны даже при самом тщательном соблюдении всех норм и правил строительного производства и эксплуатации. В совокупности с несовершенством существующих методов расчета, а также ошибками, допущенными при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов строительства, указанные обстоятельства приводят к наличию достаточно большого количества аварийных и требующих капитального ремонта зданий. В связи с этим необходимо применять и разрабатывать эффективные и экономически выгодные методы по сохранению и восстановлению эксплуатационной надежности строительных объектов, в том числе, по защите от сверхнормативных неравномерных деформаций и по их устранению. Наиболее эффективным из апробированных способов устранения сверхнормативных кренов является выравнивание зданий с помощью плоских домкратов.
Мало изученным фактором, при выравнивании зданий домкратами, является изменение напряженно-деформированного состояния грунтового основания зданий и сооружений с регулируемыми фундаментами. Учет данных особенностей позволит усовершенствовать и автоматизировать системы с плоскими домкратами для подъема и выравнивания зданий, разработать наиболее эффективные и экономичные конструктивные решения регулируемых фундаментов и тем самым значительно сократить затраты на защиту или устранение сверхнормативных деформаций зданий и сооружений. На основании изложенного изучение напряженно-деформированного состояния грунтового основания регулируемых фундаментов зданий и сооружений при их защите от неравномерных деформаций является актуальной задачей.
Цель и задачи исследований. Цель работы является оценка изменения напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента на различных стадиях подъема и выравнивания здания, направленная на развитие технологических решений.
Задачи исследований:
1. Экспериментальные исследования работы основания регулируемых
фундаментов на различных технологических стадиях подъема и выравнивания;
-
Теоретические исследования НДС основания регулируемого фундамента с использованием численных и инженерных методов;
-
Разработка технологии выравнивания зданий с применением регулируемых фундаментов переменной жесткости;
4. Разработка методики определения и прогнозирования напряженно-
деформированного состояния основания регулируемого фундамента.
Научная новизна исследований:
1. Получена новая информация о напряженно-деформированном состоя
нии основания регулируемого ленточного фундамента в экспериментальных ис
следованиях на моделях.
2. Экспериментально подтверждены особенности изменения НДС основа
ния регулируемого фундамента при подъеме и выравнивании, численное обосно
вание которых представлено в работах М.В. Зотова и В.Д. Зотова.
-
Выполнена оценка влияния жесткостных параметров регулируемого фундамента на изменение НДС грунтового основания при подъеме и выравнивании.
-
Развита методика расчета и технология устройства регулируемых фундаментов.
Практическая ценность
разработан программный комплекс «СОТИ», позволяющий автоматизировать экспериментальные исследования по исследованию НДС грунтовых оснований с помощью тензометрических приборов;
разработаны рекомендации по проектированию и оптимизации параметров регулируемых фундаментов;
разработаны новые конструктивные решения и технологии устройства регулируемых фундаментов, приоритетная новизна которых защищена патентами на изобретения и полезные модели;
результаты исследований апробированы и внедрены в производственную практику научно-производственной фирмы «Интербиотех» при разработке проектов регулируемых фундаментов для подъема и выравнивания многоэтажных зданий в г. Ростове-на-Дону, Москве, Нальчике, Волгодонске, Туапсе и Сухум.
Достоверность результатов. Достоверность новых результатов обес-
печивается использованием общепризнанных методов и законов механики грунтов, применением для численных расчетов стандартных программ, а для экспериментальных исследований апробированных методик проведения опытов.
Внедрение результатов работы. Результаты исследований и практические рекомендации, приведенные в диссертационной работе, внедрены:
- при подъеме и выравнивании здания жилого 14-ти этажного дома в Ка-
бардино-Балкарской республике г. Нальчик ул.Гагарина, 164;
- при устранении кренов методом подъема и выравнивания гидро-
домкратной системой с плоскими домкратами жилых зданий различной этаж
ности в г. Ростове-на-Дону;
- при проектировании регулируемых фундаментов и производстве работ
по подъему и выравниванию целого ряда жилых домов 96 серии в
г.Волгодонске;
- при выравнивании 10-ти этажных зданий в Польше г. Катовице ул.
Войчека 5;
при разработке проекта регулируемого фундамента для подъема и выравнивания 9-ти этажного здания в Абхазии г. Сухум ул. Бассария, 73;
в практику строительной фирмы ООО НПФ «Интербиотех» при восстановлении эксплуатационной надежности зданий и сооружений подвергшихся действию неравномерных деформаций грунтового основания.
На защиту выносятся:
-
Результаты обобщения и обработки экспериментальных исследований по изучению НДС основания регулируемого фундамента.
-
Программа для ЭВМ «СОТИ» по автоматизации экспериментов и обработке информации при изучении НДС основания с помощью тензометриче-ских приборов.
-
Усовершенствованный метод расчета и проектирования регулируемых фундаментов.
4. Новые конструктивные решения регулируемых фундаментов пере
менной жесткости.
5. Технология устройства регулируемых фундаментов переменной жест
кости для выравнивания зданий и сооружений с обжатием грунтового основа
ния.
Апробация диссертации Основные положения диссертационной рабо-
ты докладывались на международных научно-практических конференциях в г.г.Санкт-Петербург, Волгоград, Нальчик в 2009 году, на всероссийской научно-технической конференции «Механика грунтов в геотехнике и фундаменто-строении» (г. Новочеркасск 2012 г.), на научных семинарах Ростовского регионального отделения Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению, на ежегодных научно-технических конференциях строительного факультета ЮРГПУ (НПИ). За разработку и внедрение конструкций регулируемых фундаментов, а также технологий по подъему и выравниванию зданий и сооружений решением президиума РОМГГИФ автор был удостоен диплома им. профессора Ухова С.Б. (Москва, 2010).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 21 опубликованных работах, в том числе 3 статьи в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, а также 1 патент на изобретение, 7 патентов на полезную модель и 1 свидетельство о регистрации программ.
Личный вклад автора:
проведен анализ научной литературы, нормативной документации по проектированию и расчету оснований при устройстве регулируемых фундаментов;
исследованы существующие методы расчета, численного и экспериментального моделирования ленточных фундаментов и оснований, при их возможном использовании в качестве регулируемого фундамента;
- разработан алгоритм и сценарий работы программного комплекса
«СОТИ» по автоматизации экспериментальных исследований;
- получены экспериментальные данные по изменению напряженно де
формированного состояния грунтового основания на основных стадиях рабо
ты моделей регулируемых фундаментов;
- проведено численное моделирование работы регулируемых фундамен
тов различной жесткости с учетом истории загружения основания;
на основе сопоставления данных численного и экспериментального моделирования с результатами расчетов оснований фундаментов по существующим методикам, внесены предложения в порядок расчета и проектирования регулируемых фундаментов;
предложены новые конструкции и технологии устройства регулируе-
мых фундаментов;
разработана технологическая карта устройства регулируемого фундамента переменной жесткости, включающая применение современных средств механизации работ;
разработана новая система мониторинга за состоянием грунтового основания, при котором обеспечивается дополнительная безопасность при производстве работ при подъеме и выравнивании зданий.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 124 наименования и 3 приложений. Полный объем диссертации 214 страниц, включая 97 рисунков и 26 таблиц. Основной текст диссертации (без оглавления, списка литературы и приложений) содержит 173 страницы печатного текста.
Диссертационная работа выполнена в 2008-2013 г.г. в русле научного направления НПО «Интербиотех»: «Подъем и выравнивание зданий и сооружений с помощью плоских домкратов» (руководитель Зотов В.Д.), и научной школы ЮРГТУ (НПИ): «Механика грунтов, основания и фундаменты» (руководитель Скибин Г.М.).
Автор выражает признательность за помощь при выполнении исследований научному руководителю, к.т.н., доценту, Субботину А.И. и научному консультанту, к.т.н., доценту, Почетному строителю РФ Зотову М.В.
Данные теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния основания регулируемых фундаментов
К первым экспериментальным исследованиям работы грунтовых оснований в процессе нагружения относятся опыты В.И. Курдюмова (1889 г.), в которых впервые обнаружен криволинейный характер линий скольжения. П.А. Минаев (1916 г.) провел ряд опытов с целью определения интервала применимости решений теории упругости к сыпучим грунтам. Существенный вклад в развитие экспериментального изучения работы грунтовых оснований под нагрузкой внесли Н.Н. Давиденков [68], Г.И. Покровский [101,102], Н.В. Лазебник Г.Е. [82], Лалетин [83], И.С. Федоров [102], В.Ф. Бобков [56], В.Г. Березанцев [54,55], А.Г. Родштейн [105,106], М.В. Малышев [88], П.Д. Евдокимов [69], Ю.Н. Мурзенко [90-94], А.П. Криворотов [80,81] и др..
Подавляющее большинство опытов проводилось с сыпучими грунтами, нагруженными гибкими или жесткими штампами в лабораторных условиях (в лотках). Часть опытов была проведена с грунтами естественного залегания. Известно незначительное количество опытов на глинистом основании и некоторых других средах, моделирующих грунт.
Отметим, что в большинстве случаев экспериментальные исследования оснований сводились к изучению распределения контактных напряжений.
Первые экспериментальные исследования по распределению контактных напряжений применительно к определению давления колеса экипажа через песчаный слой на элементы проезжей части мостовой, были проведены Киком в 1879 г. в Пражской высшей технической школе. В 1909-1911 годах аналогичные опыты провел Штромнейдер (Высшая техническая школа в Граце). В обоих исследованиях результаты опытов указывали на нелинейный характер распределения контактных напряжений [56].
Исследования распределения контактных напряжений в опытах П.А. Минаева (1916 г.), Гольдбека(1917-1926 г.г.) и Американской ассоциацией гражданских инженеров связано с созданием прообразов современных приборов для измерения напряжений в грунтах. В этом отношении следует выделить работы профессора Н.Н. Давиденкова (1926-1929 г.г.) по созданию струнного динамометра, принцип действия которого широко используется и в настоящее время [68]. В 1950-1952 г.г. по инициативе М.И. Горбунова-Посадова А.Г. Родштейн провел опыты, открывающие новый этап в экспериментальных исследованиях распределения контактных напряжений [105,106]. Впервые в стране он применил проволочную тензометрию для измерения напряжений в грунтах, сконструировал первые тензометричекие месдозы. В 1954-1958 Т.Ф. Липовецкой во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева в лабораторных и натурных условиях были проведены исследования распределения контактных напряжений с круглыми, квадратными и прямоугольными моделями [84,85], в которых в частности отмечено, что условие плоской задачи хорошо моделируется поставленными в ряд тремя квадратными штампами. Очень большая работа по исследованию и совершенствованию аппаратуры и приборов для измерения напряжений в грунтах была проведена Д.С. Барановым [51-53] и Г.Е. Лазебником [82]. Ими были уточнены и разработаны основные требования к месдозам. Исследовано влияние конструкции месдоз на напряженно-деформированное состояние массива грунта. Д.С. Барановым была также разработана эпюрографическая установка, позволяющая наблюдать трансформацию эпюр контактных напряжений в процессе нагружения основания. Вопросам исследования распределения нормальных горизонтальных и вертикальных контактных напряжений в условиях плоской деформации посвящены работы А.П. Криворотова [80,81]. Им исследовался также вопрос о распределении контактных напряжений вдоль продольной оси модели фундамента. К наиболее полным исследованиям распределения контактных напряжений в условиях пространственной задачи под жесткими незаглубленными моделями следует отнести работы Ю.Н. Мурзенко [90-94]. Проведению опытов предшествовала большая работа по проектированию и созданию современного испытательного комплекса, включающего универсальную испытательную машину МФ-1, позволяющую моделировать в пространственном лотке работу любых типов фундаментов, новые конструкции тензометрических датчиков и месдоз, автоматическую тензометрическую станцию. Ю.Н. Мурзенко впервые были отмечены закономерности перераспределения контактных напряжений при циклическом нагружении, изучены особенности взаимосвязи распределения контактных напряжений с изменениями осадки модели, даны графики напряженно - деформированного состояния основания, позволяющие установить границы фаз и особенности изменения в них осадок, модуля деформации и контактных напряжений. В экспериментальных исследованиях по изучению НДС оснований, проведенных до настоящего времени, крайне мало работ посвященных распределению компонент тензора напряжений и особенно тензора деформаций в глубине массива основания. Наиболее обширная в этом плане программа экспериментальных исследований осуществлена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте).
Кратко рассмотрим результаты экспериментальных исследований проведенных в ЮРГТУ (НПИ), касающихся исследованию НДС в массиве грунта основания.
Э.В. Арининой [50] проведены экспериментальные исследования НДС песчаного основания при осесимметричном загружении. В работе исследованы: влияние масштабного фактора на НДС основания; влияние на НДС основания различной начальной плотности грунта, измерены поля плотностей основания в процессе нагружения.
В плане изучения напряженного состояния массива песчаного основания, следует выделить работу В.В. Ревенко [104]. В данной работе впервые экспериментально получены все компоненты тензора напряжений в различных точках песчаного основания в условиях осесимметричной задачи, разработан уникальный прибор - трехкомпонентная месдоза, для одновременного измерения нормальных и касательных напряжений. Ю.В. Галашев [60,94]впервые применил тензометрические приборы - Д-2 для измерения линейных относительных деформаций, что позволило ему изучить распределение относительных вертикальных и горизонтальных деформаций грунта по оси круглого штампа. Вопросам изучения полей деформаций и напряжений в краевой зоне моделей плитных фундаментов посвящены работы В.В. Шматкова и А.И. Субботина [112,118]. Автором данной диссертационной работы проведены экспериментальные исследования по изучению НДС песчаного основания под подошвой ленточных фундаментов различной жесткости для схем нагружения, возникающих при подъеме и выравнивании зданий, т.е. схемам при которых работают регулируемые фундаменты. Начало по исследованию взаимодействия регулируемого фундамента с грунтовым основанием положено в диссертационной работе М.В. Зотова [70]. Необходимость в этом появилась в результате возникновения дополнительных осадок фундаментов в процессе подъема и выравнивания, которые были обнаружены на некоторых объектах и могли свидетельствовать об изменении напряжений на грунтовое основание при переводе здания на домкраты. На этапе теоретических исследований проведены аналитические и численные расчеты, направленные на изучение возможности изменения напряженно–деформированного состояния основания регулируемых фундаментов путем управления домкратными группами и варьированием высотной привязки домкратов относительно подошвы фундамента. Решение данных задач было рассмотрено на примере реального объекта аналога с известными фактическими характеристиками грунтового основания, конструктивным решением здания и геометрическим положением, с последующим проведением натурного эксперимента. За объект аналог принята блок-секция крупнопанельного здания жилого 9-ти этажного дома выполненного по типовому проекту 96 серии, разработанной КиевЗНИИЭП для условий строительства на просадочных грунтах второго типа с просадкой от собственного веса до 50см. М.В. Зотовым и В.Д. Зотовым в диссертационных работах представлены аналитические расчеты для различных схем работы домкратов, при этом их основой было равенство эпюр отпора грунта и нагрузки действующей на опорную часть регулируемого фундамента, а здание принималось абсолютно жесткими. Технология выравнивания предусматривает поворот здания относительно какой-либо оси (ось поворота) за счет включения групп домкратов, расположенных в рядах под стенами здания с определенным шагом. Для формирования оси поворота под крайней стеной здания при подъеме отключают группу домкратов по ряду расположенному под этой стеной. Отключая последующие ряды, ось поворота переносится от крайней стены внутрь пятна здания, при этом зона работающих домкратов (хВ) уменьшается, а усилия (Fi) развиваемые домкратами для создания необходимого опрокидывающего момента (Mf) возрастают (рис. 1.6).
Исследование изменения НДС основания регулируемого фундамента на моделях с учетом технологических стадий выравнивания
Технологические стадии выравнивания предусматривают изменение характера передачи нагрузки на опорную часть регулируемого фундамента, при этом нагрузка максимальна при переводе здания на домкратные опоры, когда на фундаментную часть действуют дискретные усилия от домкратов. В связи с этим расчет по несущей способности необходимо проводить по усилиям, полученным на данном этапе выравнивания, при этом НДС системы можно получить, используя две расчетные схемы. В первом случае без учета истории загружения, т.е. на регулируемый фундамент прикладывают нагрузку в виде сосредоточенных сил соответствующих усилиям на домкратах, во втором случае учитывают историю загружения, расчет ведется в два этапа на первом регулируемый фундамент загружают равномерно-распределенной нагрузкой и получают начальное напряженно-деформированное состояние системы, а затем нагрузку меняют на дискретную.
Для разработки методики получения наиболее точной картины распределения напряжений в основании регулируемых фундаментов в первую очередь экспериментально выясним влияние учета истории загружения. Для этого во второй серии экспериментов исследовано НДС основания модели регулируемого фундамента загруженной отдельно равномерно-распределенной нагрузкой (опыт №3) и дискретной нагрузкой (опыты №4-7) без учета истории загружения. Полученные данные сравнивались с результатами опыта №8, где для той же модели исследовано НДС основания с учетом истории загружения, при этом гибкость моделей в обеих сериях была одинакова и соответствовала наименьшей из принятых.
По результатам опытов выполнены эпюры распределения контактных напряжений вдоль продольной оси Х, а также в двух сечениях (см. рис. 2.24) исследованы нормальные напряжения по глубине вдоль оси Z. Результаты обработки и анализа проведенных опытов представлены на рис.2.25 – 2.27. Также в экспериментах в процессе нагружения исследовались деформации модели регулируемого фундамента, измерялась общая осадка грунтового основания под моделью и прогиб модели между сосредоточенными усилиями. В таблице 2.6 и на рис. 2.28 представлены результаты измерения совместных деформаций модели и основания. Из рисунков видно, что характер эпюр распределения напряжений по глубине грунтового массива по оси фундамента при равномерно 76 распределенной нагрузке соответствует результатам опытов проведенных
Скибиным Г.М. [109,110]
По результатам экспериментов установлено, что учет истории загружения влияет на характер НДС в основании моделей регулируемого фундамента, при этом выявлено следующее:
1. Напряжения в основании моделей регулируемого фундамента при дискретизации нагрузки изменяются, под сосредоточенной силой возрастают, а между ними уменьшаются, при этом модель выгибается между нагрузками.
2. Без учета истории загружения контактные напряжения под сосредоточенной силой в 1,17 раза больше, чем напряжения при равномерно распределенной нагрузке на модель, а с учетом истории загружения напряжения увеличиваются в 1,84 раза.
3. Для модели регулируемого фундамента без учета истории загружения контактные напряжения между сосредоточенными усилиями в 1,24 раза меньше, чем напряжения при равномерно-распределенной нагрузке, а с учетом истории загружения напряжения уменьшаются в 1,89 раза.
4. Общая осадка моделей в опытах без учета истории загружения при сосредоточенной нагрузке в 1,265 раза больше, чем деформации при равномерно-распределенной нагрузке, а с учетом истории загружения деформации увеличиваются в 1,49 раза.
5. Выгиб модели регулируемого фундамента в опытах без учета истории загружения в 1,87 раза меньше, чем в опытах с учетом истории загружения.
Исследование влияния технологических стадий выравнивания, на изменение НДС основания регулируемого фундамента выполнено в опытах № 8, 11 в третьей и четвертой сериях экспериментов. В результате проведенных экспериментов получены распределения нормальных вертикальных и горизонтальных напряжений в основании моделей регулируемого фундамента и вертикальные деформации моделей при равномерно-распределенной нагрузке и при постепенном ее преобразовании в дискретную, что соответствует этапу перевода здания на домкратные опоры.
Для моделирования процесса постепенного перевода здания на домкраты, т.е. постепенной трансформации нагрузки от равномерно-распределенной к дискретной, конструкцией модели регулируемого фундамента предусмотрены распорные элементы ОП-1 и ОП-2. После нагружения системы до необходимой равномерно-распределенной нагрузки, эти элементы поочередно демонтировались, при этом снимались показания с месдоз, уложенных в основании модели. В результате получена картина распределения нормальных напряжений в основании при трансформации нагрузки, учитывающая наиболее полную историю нагружения. Схема очередности демонтажа распорных элементов представлена на рис. 2.29.
Численный анализ влияния параметров регулируемого фундамента на изменение НДС основания
Ранее установлено, что использование только лишь инженерных методов aрасчета оснований регулируемых фундаментов недостаточно, т.к. существующие методики способны отразить только лишь каждый этап устройства и работы регулируемого фундамента в отдельности. Также по приведенным ранее методикам невозможно оценить изменение НДС основания по глубине грунтового массива, что играет не мало важную роль при определении активной зоны влияния жесткостных параметров, а следовательно и глубины закрепления грунтов основания перед подъемом и выравниванием зданий.
Теоретические модели системы «регулируемый фундамент – грунтовое основание» должны учитывать изменение нагрузок на основание в процессе подъема и выравнивания, которое характеризуется разгрузкой на междомкратных участках и дополнительной нагрузкой под домкратными узлами. Поэтому к вопросу о выборе модели грунтового основания, как к основному элементу изучения, требовался обоснованный анализ существующих моделей грунта. В соответствии с таким анализом в работе [115], наиболее близко, такую работу грунтового основания, отражают модели упрочняющейся среды, в этой связи для численного моделирования экспериментов выбрана программа Plaxis, содержащая в своем арсенале модель Hardening Soil Model.
С помощью программного комплекса смоделировано три расчетные схемы соответствующие экспериментам, проведенным при лотковых испытаниях для моделей регулируемых фундаментов с различной жесткостью опорной части. Основные характеристики грунтового основания и моделей фундамента, принятые при численном моделировании, представлены в табл. 3.1, 3.2 соответственно.
Расчетная модель, созданная в среде Plaxis, представлена на рис. 3.19.
Для соответствия численных экспериментов лабораторным создано 11 фаз расчета, отражающих все этапы изменения передачи нагрузки на модели фундаментов (табл. 3.12).
В результате моделирования получена полная картина распределения напряжений и деформаций в основании моделей регулируемых фундаментов для каждой фазы нагружения.
Сравнение результатов численного моделирования с данными лотковых испытаний проведено для двух характерных сечений: под дискретным усилием (сечение 1-1) и между ними (сечение 2-2). Полученные значения деформаций и нормальных напряжений представлены в табл. 3.13.
Использование данной методики для расчета основания регулируемого фундамента, дает наиболее близкие результаты напряженно-деформированного состояния основания регулируемого фундамента, позволяет получить распределение напряжений по глубине грунтового массива и отражает наиболее точную работу основания при подъеме и выравнивании.
Но данная методика имеет ряд недостатков, связанных большой стоимостью лицензированных версий подобных программных комплексов и большими временными ресурсами расчета. С целью сравнения результатов расчета по различным методикам с 126 данными экспериментального моделирования графически совмещены эпюры вертикальных контактных давлений (рис. 3.20-3.22) и изолинии нормальных напряжений (рис. 3.23-3.28). Рекомендации по проектированию и расчету регулируемых фундаментов с учетом их взаимодействия с грунтовыми основаниями должны учитывать исключительные особенности конструкций зданий и грунтов основания, их состояние, технологические решения и стадийность подъема и выравнивания. Техническое состояние конструкций зданий, фактическое конструктивное решение и характеристики материалов определяют в процессе технического обследования в соответствии с существующими методиками и нормами [3-9,11,12,21,25,63]. Установлено несколько случаев организации совместной работы и взаимодействия регулируемых фундаментов и грунтового основания. В первом случае, параметры регулируемого фундамента таковы, что изменение схем нагружения на различных этапах подъема и выравнивания не приводит к дополнительным воздействиям на грунтовое основание. Следует отметить, что данные рекомендации относятся к расчету регулируемых фундаментов ленточного типа на естественном грунтовом основании, деформации которого стабилизировались.
Расчет выполняют в следующей последовательности:
1. В первом приближении расчет количества домкратов и их расстановку в плане проводят по предложенной ранее методике [72].
2. Затем подбирается положение линии отрыва и высотная привязка домкратных проемов. По методике Горбунова-Пассадова [64] выполняют расчеты опорной части регулируемого фундамента на действие сосредоточенных сил от домкратов. При этом итерационно, варьируя высотную привязку низа домкратных проемов, подбирается такая жесткость регулируемого фундамента, при которой контактные напряжения по подошве вдоль фундамента не изменяются, а их значения близки к среднему давлению при равномерно-распределенной нагрузке на фундамент.
3. Разрабатывают технологические схемы подключения домкратных узлов к гидравлическим потокам насосных станций, при этом формируются домкратные группы, в которых создаваемые усилия будут одинаковыми.
4. Производят оптимизацию положения домкратных узлов в плане. При оптимальной расстановке необходимо чтобы нагрузка, приходящая на группы домкратов от веса здания, распределялась поровну на каждый домкрат. Для этого итерационно методами численного моделирования проводят расчеты здания в стадии подъема с определением усилий приходящих на каждый домкрат. Для каждой последующей итерацией изменяют положение домкратов до тех пор, пока усилия на домкратах, принадлежащих к одной группе, не будут отличаться в пределах 5%.
Конструктивные решения регулируемых фундаментов переменной жесткости
жесткости При формировании переменной жесткости посредством частичного усиления опорной части регулируемого фундамента на этапе проведения основных строительно-монтажных работ намечают места усиления в соответствии с проектом. Усиление опорной части фундамента производится посредством увеличения площади сечения фундамента за счет устройства железобетонных обойм либо дополнительных фундаментных поясов (см. рис. 4.1).
Наиболее простым способом достижения переменной жесткости опорной части регулируемого фундамента является устройство ломаной линии отрыва, т.е. линия, разделяющая неподвижную часть здания от поднимаемой, формируется в нескольких уровнях.
Отличие от стандартной технологии заключается в назначении различного положения линии отрыва в различных частях здания, что достигается расположением домкратных проемов на различной высоте от низа подошвы фундамента. Положение ломаной линии отрыва зависит от конструктивного решения цокольно-подвальной части и может быть задано конструктивно либо сформировано с помощью режущей техники. Конструктивно линия отрыва назначается для зданий, у которых цокольно-подвальная часть сформирована из штучных сборных элементов, имеющих по высоте горизонтальные стыки, например цокольная стена из сборных фундаментных блоков (см. рис. 4.2). Формирование ломаной линии отрыва с помощью режущей техники выполняется в зданиях с цокольно-подвальной частью монолитной либо крупноблочной конструкции (см. рис. 4.3). Регулируемый фундамент с переменной жесткостью с цокольно-подвальной частью монолитной конструкции. Особенностью устройства линии отрыва для зданий с регулируемым фундаментом переменной жесткости является устройство компенсационных отверстий в местах перепада высот между отметками линии отрыва. Компенсационные отверстия предназначены для возможности горизонтального смещения конструкций при устранении крена здания во время подъема и выравнивания. Эффективность регулируемого фундамента с переменной жесткостью опорной части заключается: - в высоком уровне надежности при проведении работ по восстановлению проектного положения аварийных зданий;
- в возможности контролировать процесс выравнивания здания с высокой точностью;
- в возможности повышать несущую способность грунтов естественных оснований фундаментов на локальных участках.
1. Область применения
Технологическая карта разработана на устройство регулируемых фундаментов переменной жесткости для подъема и выравнивания зданий с помощью электрогидравлической системы с плоскими домкратами. Применяется для эксплуатируемых зданий с ленточным фундаментом на естественном основании, расположенных на территориях с сейсмичностью не более 7 баллов.
В основу разработки технологической карты положено устройство регулируемого фундамента для 100 м цокольно-подвальной наружной стены из стеновых фундаментных блоков толщиной 600мм, с шагом в осях домкратных проемов 2 м, глубиной заложения подошвы ленточного фундамента от уровня планировки земли 2 м, с расположением линии отрыва в двух уровнях и усилением металлическими распределительными поясами.
Конструкции регулируемого фундамента переменной жесткости представлены:
- накладными металлическими распределительными поясами усиления, устраиваемые по существующим стенам цокольно-подвальной части здания на различной высоте по длине здания от низа подошвы фундаментной ленты;
- домкратными проемами, устраиваемые в стенах на различной высоте по длине здания от низа подошвы фундаментной ленты;
- элементами усиления домкратных проемов в виде металлических пластин и железобетонных подушек;
- линией отрыва, расположенной на различной высоте по длине здания от низа подошвы фундаментной ленты.
Карта предполагает производство работ в летнее время года в любой климатической зоне.
Технологически процесс по устройству регулируемого фундамента включает следующие этапы:
- подготовительные работы;
- устройство домкратных проемов;
- устройство накладных распределительных поясов усиления;
- усиление домкратных проемов;
- устройство линии отрыва.
2. Организация и технология производства работ.
Условия и подготовка процесса.
К работам приступают после тщательного осмотра несущих конструкций цокольно-подвальной части здания и уточнения проектных решений по месту, при необходимости внесения изменений в проектную документацию конструктивные и технологические решения согласовывают с авторами проекта и техническим надзором.
До начала работ по устройству регулируемого фундамента на площадке строительства организовываются:
- временное электроснабжение, водоснабжение и освещение;
- подъездные пути и места складирования и хранения материалов и оборудования;
- временные помещения для бытовых нужд рабочих и ИТР;
- доставка и подготовка механизмов, инвентаря и приспособлений. Подготовительные работы
Подготовительные работы включают производство следующих операций:
1) разборка отмостки (тротуара) и полов в подвале (в случае расположения домкратных проемов ниже уровня отметки пола подвала) шириной не менее 1м от стен здания;
2) установка на расстоянии 3-4 м от фундаментов водосборных колодцев для откачки грунтовых вод;
3) отрывка траншей с откосами или креплением стенок, шириной не менее 0,8 м, глубиной ниже отм. низа домкратных проемов на 200-250 мм;
4) тщательная очистка боковых поверхностей стен цокольно-подвальной части здания от грунта пескоструйными аппаратами или металлическими щетками.
Отрывку траншеи с наружной стороны производить вручную либо 144 механизированным способом с последующей зачисткой дна траншей и срезкой недобора вручную. Отрывая грунт при помощи экскаватора, не допускать разрушения стен цокольно-подвальной части здания ударом ковша. Внутри здания траншеи отрывать вручную. Грунт, непосредственно прилегающий к стенам, удалять только вручную. Откачку грунтовых вод производить в систему уличной или дворовой канализации по мере заполнения водосборных колодцев. В состав звена, выполняющего подготовительные работы, входят 6-ть человек: машинист 5 разряда – 1 чел., землекопы 3 разряда – 1 чел., 2 разряда – 1 чел., плотники 3 разряда – 2 чел., бетонщик 3 разряда – 1 чел. Устройство домкратных проемов Устройство домкратных проемов выполняют в соответствии со схемой расположения домкратных проемов с помощью канатного стенорезного станка.
В состав работ по устройству домкратных проемов входят следующие технологические процессы:
1) разметка мест прорезки домкратных проемов по стенам цокольно-подвальной части здания;
2) сверление сквозных отверстий в углах намеченных домкратных проемов диаметром 20-25 мм.
3) установка, настройка и крепление канатного стенорезного станка для устройства вертикального пропила, ограничивающего домкратный проем по ширине;
